Biologia ca știință

Biologie(din greaca bios- viata, siglă- cuvânt, știință) este un complex de științe despre natura vie.

Subiectul biologiei îl reprezintă toate manifestările vieții: structura și funcțiile ființelor vii, diversitatea, originea și dezvoltarea lor, precum și interacțiunea cu mediul. Sarcina principală a biologiei ca știință este de a interpreta toate fenomenele naturii vii pe o bază științifică, ținând cont de faptul că întregul organism are proprietăți care sunt fundamental diferite de componentele sale.

Termenul „biologie” se găsește în lucrările anatomiștilor germani T. Roose (1779) și K. F. Burdach (1800), dar abia în 1802 a fost folosit pentru prima dată independent de J. B. Lamarck și G. R. Treviranus pentru a desemna știința care studiază organismele vii. .

Științe biologice

În prezent, biologia cuprinde o serie de științe care pot fi sistematizate după următoarele criterii: după subiect și metode de cercetare predominante și după nivelul de organizare a naturii vii care se studiază. În funcție de subiectul de studiu, științele biologice sunt împărțite în bacteriologie, botanică, virologie, zoologie și micologie.

Botanică este o știință biologică care studiază în mod cuprinzător plantele și acoperirea vegetală a Pământului. Zoologie- o ramură a biologiei, știința diversității, structurii, activității vieții, distribuției și relației animalelor cu mediul lor, originea și dezvoltarea lor. Bacteriologie- stiinta biologica care studiaza structura si activitatea bacteriilor, precum si rolul acestora in natura. Virologie- stiinta biologica care studiaza virusurile. Obiectul principal al micologiei sunt ciupercile, structura lor și caracteristicile vieții. Lichenologie- stiinta biologica care studiaza lichenii. Bacteriologia, virologia și unele aspecte ale micologiei sunt adesea considerate ca parte a microbiologiei - o ramură a biologiei, știința microorganismelor (bacterii, viruși și ciuperci microscopice). Sistematică sau taxonomie, este o știință biologică care descrie și clasifică în grupuri toate creaturile vii și dispărute.

La rândul lor, fiecare dintre științele biologice enumerate este împărțită în biochimie, morfologie, anatomie, fiziologie, embriologie, genetică și sistematică (plante, animale sau microorganisme). Biochimie este știința compoziției chimice a materiei vii, a proceselor chimice care au loc în organismele vii și care stau la baza activității lor de viață. Morfologie- știința biologică care studiază forma și structura organismelor, precum și tiparele dezvoltării lor. Într-un sens larg, include citologie, anatomie, histologie și embriologie. Distingeți morfologia animalelor și a plantelor. Anatomie este o ramură a biologiei (mai precis, morfologie), o știință care studiază structura și forma internă a organelor, sistemelor individuale și a organismului în ansamblu. Anatomia plantelor este considerată parte a botanicii, anatomia animală este considerată parte a zoologiei, iar anatomia umană este o știință separată. Fiziologie- știința biologică care studiază procesele de viață ale organismelor vegetale și animale, sistemele lor individuale, organele, țesuturile și celulele. Există o fiziologie a plantelor, animalelor și oamenilor. Embriologie (biologia dezvoltării)- o ramură a biologiei, știința dezvoltării individuale a unui organism, inclusiv dezvoltarea embrionului.

Obiect genetica sunt legile eredității și variabilității. În prezent, este una dintre cele mai dinamice științe biologice în curs de dezvoltare.

După nivelul de organizare a naturii vii studiate, se disting biologia moleculară, citologia, histologia, organologia, biologia organismelor și sistemele superorganismelor. Biologia moleculară este una dintre cele mai tinere ramuri ale biologiei, știință care studiază, în special, organizarea informațiilor ereditare și biosinteza proteinelor. Citologie sau biologie celulară, este o știință biologică, al cărei obiect de studiu îl reprezintă celulele organismelor atât unicelulare, cât și multicelulare. Histologie- știința biologică, ramură a morfologiei, al cărei obiect este structura țesuturilor plantelor și animalelor. Domeniul organologiei include morfologia, anatomia și fiziologia diferitelor organe și sistemele acestora.

Biologia organismelor include toate științele care se ocupă de organismele vii, de ex. etologie- știința comportamentului organismelor.

Biologia sistemelor supraorganistice este împărțită în biogeografie și ecologie. Studiază distribuția organismelor vii biogeografie, în timp ce ecologie- organizarea si functionarea sistemelor supraorganiste la diferite niveluri: populatii, biocenoze (comunitati), biogeocenoze (ecosisteme) si biosfera.

În funcție de metodele de cercetare predominante, putem distinge biologie descriptivă (de exemplu, morfologie), experimentală (de exemplu, fiziologie) și biologie teoretică.

Identificarea și explicarea tiparelor de structură, funcționare și dezvoltare a naturii vii la diferite niveluri ale organizării sale este o sarcină. biologie generală. Include biochimie, biologie moleculară, citologie, embriologie, genetică, ecologie, știință evolutivă și antropologie. Doctrina evoluționistă studiază cauzele, forțele motrice, mecanismele și modelele generale de evoluție a organismelor vii. Una dintre secțiunile sale este paleontologie- o știință al cărei subiect sunt resturile fosile ale organismelor vii. Antropologie- o secțiune de biologie generală, știința originii și dezvoltării oamenilor ca specie biologică, precum și diversitatea populațiilor umane moderne și modelele interacțiunii lor.

Aspectele aplicate ale biologiei sunt incluse în domeniul biotehnologiei, al reproducerii și al altor științe în curs de dezvoltare. Biotehnologie este știința biologică care studiază utilizarea organismelor vii și a proceselor biologice în producție. Este utilizat pe scară largă în industria alimentară (coacerea, fabricarea brânzeturilor, berii etc.) și farmaceutică (producția de antibiotice, vitamine), pentru purificarea apei etc. Selecţie- știința metodelor de creare a raselor de animale domestice, a soiurilor de plante cultivate și a tulpinilor de microorganisme cu proprietăți necesare omului. Selecția este, de asemenea, înțeleasă ca procesul de schimbare a organismelor vii, realizat de oameni pentru nevoile lor.

Progresul biologiei este strâns legat de succesele altor științe naturale și exacte, cum ar fi fizica, chimia, matematica, informatica etc. De exemplu, microscopia, ultrasunetele (ultrasunele), tomografia și alte metode de biologie se bazează pe fizice. legile, iar studiul structurii moleculelor și proceselor biologice care au loc în sistemele vii ar fi imposibil fără utilizarea metodelor chimice și fizice. Utilizarea metodelor matematice face posibilă, pe de o parte, identificarea prezenței unei conexiuni naturale între obiecte sau fenomene, confirmarea fiabilității rezultatelor obținute și, pe de altă parte, modelarea unui fenomen sau proces. Recent, metodele computerizate, precum modelarea, au devenit din ce în ce mai importante în biologie. La intersecția dintre biologie și alte științe, au apărut o serie de științe noi, cum ar fi biofizica, biochimia, bionica etc.

Realizările biologiei

Cele mai importante evenimente din domeniul biologiei, care au influențat întregul curs al dezvoltării sale ulterioare, sunt: ​​stabilirea structurii moleculare a ADN-ului și rolul acesteia în transmiterea informațiilor în materia vie (F. Crick, J. Watson, M. Wilkins); descifrarea codului genetic (R. Holley, H. G. Korana, M. Nirenberg); descoperirea structurii genelor și a reglării genetice a sintezei proteinelor (A. M. Lvov, F. Jacob, J. L. Monod etc.); formularea teoriei celulare (M. Schleiden, T. Schwann, R. Virchow, K. Baer); studiul modelelor de ereditate și variabilitate (G. Mendel, H. de Vries, T. Morgan etc.); formularea principiilor sistematicii moderne (C. Linnaeus), teoriei evoluției (C. Darwin) și doctrinei biosferei (V. I. Vernadsky).

„boala vacii nebune” (prioni).

Lucrările la programul Genom uman, care s-a desfășurat simultan în mai multe țări și a fost finalizat la începutul acestui secol, ne-a condus la înțelegerea că oamenii au aproximativ 25-30 de mii de gene, dar informațiile din cea mai mare parte a ADN-ului nostru nu sunt niciodată citite. , deoarece conține un număr mare de regiuni și gene care codifică trăsături care și-au pierdut semnificația pentru oameni (coada, părul de pe corp etc.). În plus, au fost descifrate o serie de gene responsabile de dezvoltarea bolilor ereditare, precum și gene țintă pentru medicamente. Cu toate acestea, aplicarea practică a rezultatelor obținute în timpul implementării acestui program este amânată până când genomurile unui număr semnificativ de persoane vor fi descifrate, iar atunci va deveni clar care sunt diferențele lor. Aceste obiective au fost stabilite pentru un număr de laboratoare de top din întreaga lume care lucrează la implementarea programului ENCODE.

Cercetarea biologică este fundamentul medicinei, farmaciei și este utilizată pe scară largă în agricultură și silvicultură, industria alimentară și alte ramuri ale activității umane.

Este bine cunoscut faptul că doar „revoluția verde” din anii 1950 a făcut posibilă rezolvarea cel puțin parțială a problemei furnizării populației în creștere rapidă a Pământului cu hrană și animale cu furaje prin introducerea de noi soiuri de plante și tehnologii avansate pentru cultivarea lor. Datorită faptului că proprietățile programate genetic ale culturilor agricole au fost deja aproape epuizate, o altă soluție la problema alimentară este asociată cu introducerea pe scară largă a organismelor modificate genetic în producție.

Producerea multor produse alimentare, precum brânzeturi, iaurturi, cârnați, produse de panificație etc., este de asemenea imposibilă fără utilizarea bacteriilor și ciupercilor, care face obiectul biotehnologiei.

Cunoașterea naturii agenților patogeni, procesele multor boli, mecanismele imunității, modelele de ereditate și variabilitatea au făcut posibilă reducerea semnificativă a mortalității și chiar eradicarea completă a unui număr de boli, cum ar fi variola. Cu ajutorul celor mai recente realizări ale științei biologice, se rezolvă și problema reproducerii umane.

O parte semnificativă a medicamentelor moderne este produsă pe baza de materii prime naturale, precum și datorită succeselor ingineriei genetice, cum ar fi, de exemplu, insulina, atât de necesară pacienților cu diabet, este sintetizată în principal de bacterii la care gena corespunzătoare a fost transferată.

Cercetarea biologică nu este mai puțin importantă pentru conservarea mediului și a diversității organismelor vii, a căror amenințare cu dispariția pune sub semnul întrebării existența umanității.

Cea mai mare semnificație dintre realizările biologiei este faptul că ele formează chiar baza pentru construcția rețelelor neuronale și a codului genetic în tehnologia computerelor și sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în arhitectură și alte industrii. Fără îndoială, secolul 21 este secolul biologiei.

Metode de cunoaștere a naturii vii

Ca orice altă știință, biologia are propriul său arsenal de metode. Pe lângă metoda științifică de cunoaștere folosită în alte domenii, metode precum istorică, comparativ-descriptivă etc. sunt utilizate pe scară largă în biologie.

Metoda științifică a cunoașterii include observarea, formularea de ipoteze, experimentul, modelarea, analiza rezultatelor și derivarea modelelor generale.

Observare- aceasta este percepția intenționată a obiectelor și fenomenelor folosind simțurile sau instrumentele, determinată de sarcina activității. Condiția principală a observației științifice este obiectivitatea acesteia, adică capacitatea de a verifica datele obținute prin observare repetată sau prin utilizarea altor metode de cercetare, cum ar fi experimentul. Se numesc faptele obţinute în urma observării date. Ele pot fi ca calitate(descriind mirosul, gustul, culoarea, forma etc.) și cantitativ, iar datele cantitative sunt mai precise decât datele calitative.

Pe baza datelor observaționale, se formulează ipoteză- o judecată prezumtivă despre legătura naturală a fenomenelor. Ipoteza este testată într-o serie de experimente. Un experiment se numește experiment condus științific, observarea fenomenului fiind studiat în condiții controlate, permițând identificarea caracteristicilor unui obiect sau fenomen dat. Cea mai înaltă formă de experiment este modelare- studiul oricăror fenomene, procese sau sisteme de obiecte prin construirea și studierea modelelor acestora. În esență, aceasta este una dintre principalele categorii ale teoriei cunoașterii: orice metodă de cercetare științifică, atât teoretică, cât și experimentală, se bazează pe ideea de modelare.

Rezultatele experimentale și de simulare sunt supuse unei analize atente. Analiză numită metodă de cercetare științifică prin descompunerea unui obiect în părțile sale componente sau dezmembrarea mentală a unui obiect prin abstracție logică. Analiza este indisolubil legată de sinteza. Sinteză este o metodă de a studia un subiect în integritatea sa, în unitatea și interconectarea părților sale. Ca rezultat al analizei și sintezei, devine cea mai de succes ipoteză de cercetare ipoteza de lucru, iar dacă poate rezista încercărilor de a o respinge și totuși prezice cu succes fapte și relații inexplicabile anterior, atunci poate deveni o teorie.

Sub teorieînțelege o formă de cunoaștere științifică care oferă o idee holistică a tiparelor și a conexiunilor esențiale ale realității. Direcția generală a cercetării științifice este atingerea unor niveluri mai ridicate de predictibilitate. Dacă niciun fapt nu poate schimba o teorie, iar abaterile de la ea care apar sunt regulate și previzibile, atunci aceasta poate fi ridicată la rangul de lege- relație necesară, esențială, stabilă, repetată între fenomenele din natură.

Pe măsură ce corpul de cunoștințe crește și metodele de cercetare se îmbunătățesc, ipotezele și teoriile bine stabilite pot fi contestate, modificate și chiar respinse, deoarece cunoștințele științifice în sine sunt de natură dinamică și supuse constant reinterpretării critice.

Metoda istorica dezvăluie modele de apariție și dezvoltare a organismelor, formarea structurii și funcției lor. Într-o serie de cazuri, cu ajutorul acestei metode, ipotezele și teoriile care anterior erau considerate false capătă o nouă viață. Acest lucru s-a întâmplat, de exemplu, cu ipotezele lui Charles Darwin cu privire la natura transmisiei semnalului într-o fabrică ca răspuns la influențele mediului.

Metoda comparativ-descriptivă prevede analiza anatomică și morfologică a obiectelor de cercetare. Ea stă la baza clasificării organismelor, identificând modele de apariție și dezvoltare a diferitelor forme de viață.

Monitorizarea este un sistem de măsuri pentru observarea, evaluarea și prognoza schimbărilor în starea obiectului studiat, în special a biosferei.

Efectuarea observațiilor și experimentelor necesită adesea utilizarea unor echipamente speciale, precum microscoape, centrifuge, spectrofotometre etc.

Microscopia este utilizată pe scară largă în zoologie, botanică, anatomie umană, histologie, citologie, genetică, embriologie, paleontologie, ecologie și alte ramuri ale biologiei. Vă permite să studiați structura fină a obiectelor folosind lumină, electroni, raze X și alte tipuri de microscoape.

Dispozitiv de microscop cu lumină. Un microscop cu lumină este format din părți optice și mecanice. Primul include ocularul, obiectivele și oglinda, iar al doilea include tubul, trepiedul, baza, scena și șurubul.

Mărirea totală a microscopului este determinată de formula:

mărire lentile $×$ mărire ocular $-$ mărire microscop.

De exemplu, dacă lentila mărește un obiect cu $8$ ori și ocularul cu $7$, atunci mărirea totală a microscopului este de $56$.

Centrifugare diferențială, sau fracţionare, vă permite să separați particulele în funcție de dimensiunea și densitatea lor sub influența forței centrifuge, care este utilizată în mod activ în studierea structurii moleculelor și celulelor biologice.

Arsenalul de metode biologice este actualizat în mod constant, iar în prezent este aproape imposibil să îl acoperiți în totalitate. Prin urmare, unele metode utilizate în științele biologice individuale vor fi discutate mai jos.

Rolul biologiei în formarea imaginii moderne de științe naturale a lumii

În stadiul formării sale, biologia nu exista încă separat de alte științe ale naturii și se limita doar la observarea, studiul, descrierea și clasificarea reprezentanților lumii animale și vegetale, adică era o știință descriptivă. Cu toate acestea, acest lucru nu i-a împiedicat pe naturaliștii antici Hipocrate (c. 460–377 î.Hr.), Aristotel (384-322 î.Hr.) și Teofrast (nume real Tirtham, 372-287 î.Hr.) să aducă o contribuție semnificativă la dezvoltarea idei despre structura corpului uman și animale, precum și diversitatea biologică a animalelor și plantelor, punând astfel bazele anatomiei și fiziologiei umane, zoologiei și botanicii.

Aprofundarea cunoștințelor despre natura vie și sistematizarea faptelor acumulate anterior, care au avut loc în secolele XVI-XVIII, au culminat cu introducerea nomenclaturii binare și crearea unei taxonomii armonioase a plantelor (C. Linnaeus) și animalelor (J. B. Lamarck). ).

Descrierea unui număr semnificativ de specii cu caracteristici morfologice similare, precum și descoperirile paleontologice, au devenit premise pentru dezvoltarea ideilor despre originea speciilor și căile de dezvoltare istorică a lumii organice. Astfel, experimentele lui F. Redi, L. Spallanzani și L. Pasteur din secolele XVII–XIX au infirmat ipoteza generației spontane, propusă de Aristotel și răspândită în Evul Mediu, și teoria evoluției biochimice de A. I. Oparin și J. Haldane, confirmat strălucit de S. Miller și G. Yuri, ne-a permis să răspundem la întrebarea despre originea tuturor viețuitoarelor.

Dacă procesul de apariție a viețuitoarelor din componente nevii și evoluția lui în sine nu mai ridică îndoieli, atunci mecanismele, căile și direcțiile de dezvoltare istorică a lumii organice nu sunt încă pe deplin înțelese, întrucât niciunul dintre cele două. principalele teorii concurente ale evoluției (teoria sintetică a evoluției, creată pe baza teoriei lui C. Darwin și teoria lui J. B. Lamarck) încă nu pot oferi dovezi cuprinzătoare.

Utilizarea microscopiei și a altor metode ale științelor conexe, datorită progresului în domeniul altor științe ale naturii, precum și introducerea practicii experimentale, a permis oamenilor de știință germani T. Schwann și M. Schleiden să formuleze o teorie celulară înapoi în al XIX-lea, completat ulterior de R. Virchow și K. Baer. A devenit cea mai importantă generalizare din biologie, care a format piatra de temelie a ideilor moderne despre unitatea lumii organice.

Descoperirea tiparelor de transmitere a informațiilor ereditare de către călugărul ceh G. Mendel a servit ca un impuls pentru dezvoltarea rapidă în continuare a biologiei în secolele XX-21 și a condus nu numai la descoperirea purtătorului universal al eredității - ADN-ul, ci și de asemenea, codul genetic, precum și mecanismele fundamentale de control, citire și variabilitate a informațiilor ereditare.

Dezvoltarea ideilor despre mediu a dus la apariția unei astfel de științe precum ecologia și formularea învățături despre biosferă ca un sistem planetar complex cu mai multe componente de complexe biologice uriașe interconectate, precum și procese chimice și geologice care au loc pe Pământ (V.I. Vernadsky), care în cele din urmă face posibilă reducerea, cel puțin într-o mică măsură, a consecințelor negative ale activității economice umane.

Astfel, biologia a jucat un rol important în formarea imaginii moderne de științe naturale a lumii.

Organizare la nivel și evoluție. Principalele niveluri de organizare a naturii vii: celular, organism, populație-specie, biogeocenotic, biosferă. Sisteme biologice. Caracteristicile generale ale sistemelor biologice: structura celulară, caracteristicile compoziției chimice, metabolismul și conversia energiei, homeostazia, iritabilitatea, mișcarea, creșterea și dezvoltarea, reproducerea, evoluția

Organizare la nivel și evoluție

Natura vie nu este o formațiune omogenă, ca un cristal; ea este reprezentată de o varietate infinită a obiectelor sale constitutive (în prezent sunt descrise doar aproximativ 2 milioane de specii de organisme). În același timp, această diversitate nu este o dovadă a haosului care domnește în ea, deoarece organismele au o structură celulară, organismele din aceeași specie formează populații, toate populațiile care trăiesc pe o singură bucată de pământ sau apă formează comunități și în interacțiune cu corpurile. de natură neînsuflețită formează biogeocenoze, alcătuind la rândul lor biosfera.

Astfel, natura vie este un sistem ale cărui componente pot fi aranjate într-o ordine strictă: de la jos la sus. Acest principiu de organizare face posibilă distingerea individului niveluriși oferă o înțelegere cuprinzătoare a vieții ca fenomen natural. La fiecare nivel de organizare se determină o unitate elementară și un fenomen elementar. La fel de unitate elementară luați în considerare o structură sau un obiect, modificări în care constituie o contribuție specifică nivelului corespunzător la procesul de conservare și dezvoltare a vieții, în timp ce această schimbare în sine este un fenomen elementar.

Formarea unei astfel de structuri pe mai multe niveluri nu s-a putut întâmpla instantaneu - acesta este rezultatul a miliarde de ani de dezvoltare istorică, timp în care a existat o complicație progresivă a formelor de viață: de la complexe de molecule organice la celule, de la celule la organisme, etc. Odată formată, această structură își menține existența datorită unui sistem de reglementare complex și continuă să se dezvolte, iar la fiecare dintre nivelurile de organizare a materiei vii au loc transformări evolutive corespunzătoare.

Principalele niveluri de organizare a naturii vii: celular, organism, populație-specie, biogeocenotic, biosferă

În prezent, există mai multe niveluri principale de organizare a materiei vii: celular, organism, populație-specie, biogeocenotic și biosferă.

Nivel celular

Deși manifestările unor proprietăți ale viețuitoarelor se datorează deja interacțiunii macromoleculelor biologice (proteine, acizi nucleici, polizaharide etc.), unitatea de structură, funcții și dezvoltare a viețuitoarelor este celula, care este capabilă să transporte. scoaterea și cuplarea proceselor de implementare și transmitere a informațiilor ereditare cu metabolismul și conversia energiei, asigurând astfel funcționarea nivelurilor superioare ale organizației. Unitatea elementară a nivelului celular de organizare este celula, iar fenomenul elementar sunt reacțiile metabolismului celular.

Nivelul organismului

Organism este un sistem integral capabil de existență independentă. Pe baza numărului de celule care alcătuiesc organismele, acestea sunt împărțite în unicelulare și multicelulare. Nivelul celular de organizare la organismele unicelulare (amoeba vulgaris, euglena verde etc.) coincide cu nivelul organismului. A existat o perioadă în istoria Pământului în care toate organismele erau reprezentate doar de forme unicelulare, dar acestea asigurau funcționarea atât a biogeocenozelor, cât și a biosferei în ansamblu. Majoritatea organismelor pluricelulare sunt reprezentate de o colecție de țesuturi și organe, care la rândul lor au și o structură celulară. Organele și țesuturile sunt adaptate pentru a îndeplini funcții specifice. Unitatea elementară a acestui nivel este individul în dezvoltarea sa individuală, sau ontogeneză, de aceea nivelul organismului este numit și ontogenetic. Un fenomen elementar la acest nivel îl reprezintă schimbările din organism în dezvoltarea sa individuală.

Nivel populație-specie

Populația- aceasta este o colecție de indivizi din aceeași specie, care se încrucișează liber între ei și trăiesc separat de alte grupuri similare de indivizi.

În populații există un schimb liber de informații ereditare și transmiterea acestora către descendenți. O populație este o unitate elementară a nivelului populație-specie, iar fenomenul elementar în acest caz este transformările evolutive, cum ar fi mutațiile și selecția naturală.

Nivel biogeocenotic

Biogeocenoza este o comunitate stabilită istoric de populații de diferite specii, interconectate între ele și mediul prin metabolism și energie.

Biogeocenozele sunt sisteme elementare în care are loc ciclul material și energetic, determinat de activitatea vitală a organismelor. Biogeocenozele înseși sunt unități elementare de un anumit nivel, în timp ce fenomenele elementare sunt fluxuri de energie și cicluri de substanțe din ele. Biogeocenozele alcătuiesc biosfera și determină toate procesele care au loc în ea.

Nivelul biosferei

Biosferă- învelișul Pământului locuit de organisme vii și transformat de acestea.

Biosfera este cel mai înalt nivel de organizare a vieții de pe planetă. Acest înveliș acoperă partea inferioară a atmosferei, hidrosfera și stratul superior al litosferei. Biosfera, ca toate celelalte sisteme biologice, este dinamică și este transformată activ de ființe vii. El însuși este o unitate elementară a nivelului biosferei, iar procesele de circulație a substanțelor și energiei care au loc cu participarea organismelor vii sunt considerate ca un fenomen elementar.

După cum am menționat mai sus, fiecare dintre nivelurile de organizare a materiei vii își aduce contribuția la un singur proces evolutiv: în celulă, nu numai informațiile ereditare încorporate sunt reproduse, ci și schimbarea acesteia, ceea ce duce la apariția de noi combinații de caracteristicile și proprietățile organismului, care la rândul lor sunt supuse acțiunii selecției naturale la nivel de populație-specie etc.

Sisteme biologice

Obiectele biologice de diferite grade de complexitate (celule, organisme, populații și specii, biogeocenoze și biosfera însăși) sunt considerate în prezent ca sisteme biologice.

Un sistem este o unitate de componente structurale, a căror interacțiune dă naștere la noi proprietăți în comparație cu totalitatea lor mecanică. Astfel, organismele sunt formate din organe, organele sunt formate din țesuturi, iar țesuturile formează celule.

Trăsăturile caracteristice ale sistemelor biologice sunt integritatea lor, principiul nivelului de organizare, așa cum sa discutat mai sus și deschiderea. Integritatea sistemelor biologice se realizează în mare măsură prin autoreglare, operând pe principiul feedback-ului.

LA sisteme deschise includ sisteme între care are loc schimbul de substanțe, energie și informații între acestea și mediu, de exemplu, plantele, în procesul de fotosinteză, captează lumina solară și absorb apa și dioxidul de carbon, eliberând oxigen.

Caracteristicile generale ale sistemelor biologice: structura celulară, caracteristicile compoziției chimice, metabolismul și conversia energiei, homeostazia, iritabilitatea, mișcarea, creșterea și dezvoltarea, reproducerea, evoluția

Sistemele biologice se deosebesc de corpurile de natură neînsuflețită printr-un set de semne și proprietăți, printre care principalele sunt structura celulară, compoziția chimică, metabolismul și conversia energiei, homeostazia, iritabilitatea, mișcarea, creșterea și dezvoltarea, reproducerea și evoluția.

Unitatea structurală și funcțională elementară a unui lucru viu este celula. Chiar și virușii care aparțin formelor de viață non-celulare sunt incapabili de auto-reproducere în afara celulelor.

Există două tipuri de structură celulară: procariotăȘi eucariote. Celulele procariote nu au un nucleu format; informațiile lor genetice sunt concentrate în citoplasmă. Procariotele includ în principal bacterii. Informațiile genetice din celulele eucariote sunt stocate într-o structură specială - nucleul. Eucariotele includ plante, animale și ciuperci. Dacă în organismele unicelulare toate manifestările vieții sunt inerente celulei, atunci în organismele multicelulare are loc specializarea celulelor.

Nu există un singur element chimic găsit în organismele vii care să nu existe în natura neînsuflețită, dar concentrațiile acestora diferă semnificativ în primul și al doilea caz. În natura vie predomină elemente precum carbonul, hidrogenul și oxigenul, care fac parte din compușii organici, în timp ce natura neînsuflețită este caracterizată în principal de substanțe anorganice. Cei mai importanți compuși organici sunt acizii nucleici și proteinele, care asigură funcțiile de auto-reproducere și auto-întreținere, dar niciuna dintre aceste substanțe nu este purtătoare de viață, deoarece nici individual, nici în grup nu sunt capabile de autoreproducere - aceasta necesită un complex integral de molecule și structuri, care este celula.

Toate sistemele vii, inclusiv celulele și organismele, sunt sisteme deschise. Cu toate acestea, spre deosebire de natura neînsuflețită, unde are loc în principal transferul de substanțe dintr-un loc în altul sau o schimbare a stării lor de agregare, ființele vii sunt capabile de transformarea chimică a substanțelor consumate și de utilizarea energiei. Metabolismul și conversia energiei sunt asociate cu procese precum nutriția, respirația și excreția.

Sub alimente de obicei înțelege intrarea în organism, digestia și asimilarea substanțelor necesare pentru a reface rezervele de energie și pentru a construi corpul organismului. Conform metodei de nutriție, toate organismele sunt împărțite în autotrofiȘi heterotrofi.

Autotrofi- acestea sunt organisme care sunt capabile să sintetizeze substanțe organice din cele anorganice.

Heterotrofe- Acestea sunt organisme care consumă substanțe organice gata preparate pentru alimente. Autotrofele sunt împărțite în fotoautotrofe și chimioautotrofe. Fotoautotrofe folosiți energia luminii solare pentru a sintetiza substanțe organice. Procesul de transformare a energiei luminii în energia legăturilor chimice ale compușilor organici se numește fotosinteză. Marea majoritate a plantelor și a unor bacterii (de exemplu, cianobacteriile) sunt fotoautotrofe. În general, fotosinteza nu este un proces foarte productiv, în urma căruia majoritatea plantelor sunt forțate să ducă un stil de viață atașat. Chemoautotrofe extrage energie pentru sinteza compușilor organici din compuși anorganici. Acest proces se numește chimiosinteză. Chimioautotrofele tipice sunt unele bacterii, inclusiv bacteriile cu sulf și bacteriile de fier.

Organismele rămase - animale, ciuperci și marea majoritate a bacteriilor - sunt heterotrofe.

Respirația este procesul de descompunere a substanțelor organice în altele mai simple, care eliberează energia necesară pentru menținerea vieții organismelor.

Distinge respirație aerobică, care necesită oxigen și anaerob, care se produce fără participarea oxigenului. Majoritatea organismelor sunt aerobe, deși anaerobii se găsesc și printre bacterii, ciuperci și animale. Cu respirația oxigenului, substanțele organice complexe pot fi descompuse în apă și dioxid de carbon.

Excreția se referă de obicei la îndepărtarea din organism a produselor finite metabolice și a excesului de diferite substanțe (apă, săruri etc.) primite din alimente sau formate în acesta. Procesele de excreție sunt deosebit de intense la animale, în timp ce plantele sunt extrem de economice.

Datorită metabolismului și energiei, relația organismului cu mediul este asigurată și se menține homeostazia.

Homeostazia- aceasta este capacitatea sistemelor biologice de a rezista la schimbări și de a menține constanta relativă a compoziției chimice, structurii și proprietăților, precum și de a asigura constanța funcționării în condiții de mediu în schimbare. Adaptarea la condițiile de mediu în schimbare se numește adaptare.

Iritabilitate- aceasta este proprietatea universală a viețuitoarelor de a răspunde la influențele externe și interne, care stă la baza adaptării organismului la condițiile de mediu și supraviețuirea acestora. Reacția plantelor la schimbările condițiilor externe constă, de exemplu, în întoarcerea lamelor frunzelor către lumină, iar la majoritatea animalelor are forme mai complexe, de natură reflexă.

Circulaţie- o proprietate integrală a sistemelor biologice. Se manifestă nu numai sub forma mișcării corpurilor și a părților lor în spațiu, de exemplu, ca răspuns la iritare, ci și în procesul de creștere și dezvoltare.

Noile organisme care apar ca urmare a reproducerii nu primesc caracteristici gata făcute de la părinți, ci anumite programe genetice, posibilitatea de a dezvolta anumite caracteristici. Această informație ereditară se realizează în timpul dezvoltării individuale. Dezvoltarea individuală se exprimă, de regulă, în modificări cantitative și calitative ale organismului. Modificările cantitative din organism se numesc creștere. Ele se manifestă, de exemplu, sub forma unei creșteri a masei și dimensiunilor liniare ale organismului, care se bazează pe reproducerea moleculelor, celulelor și a altor structuri biologice.

Dezvoltarea organismului- aceasta este apariția diferențelor calitative de structură, complicații ale funcțiilor etc., care se bazează pe diferențierea celulară.

Creșterea organismelor poate continua pe tot parcursul vieții sau se poate termina într-un anumit stadiu. În primul caz vorbim despre nelimitat, sau creștere deschisă. Este caracteristic plantelor și ciupercilor. În al doilea caz avem de-a face limitat, sau creștere închisă, caracteristică animalelor și bacteriilor.

Durata existenței unei celule, organism, specii și alte sisteme biologice individuale este limitată în timp, în principal din cauza influenței factorilor de mediu, astfel încât este necesară reproducerea constantă a acestor sisteme. Reproducerea celulelor și organismelor se bazează pe procesul de auto-duplicare a moleculelor de ADN. Reproducerea organismelor asigură existența speciei, iar reproducerea tuturor speciilor care locuiesc pe Pământ asigură existența biosferei.

Ereditate numesc transmiterea caracteristicilor formelor parentale pe parcursul unui număr de generaţii.

Cu toate acestea, dacă caracteristicile ar fi păstrate în timpul reproducerii, adaptarea la condițiile de mediu în schimbare ar fi imposibilă. În acest sens, a apărut o proprietate opusă eredității - variabilitate.

Variabilitate- aceasta este posibilitatea dobândirii de noi caracteristici si proprietati pe parcursul vietii, care asigura evolutia si supravietuirea celor mai adaptate specii.

Evoluţie este un proces ireversibil de dezvoltare istorică a viețuitoarelor.

Se bazeaza pe reproducere progresivă, variabilitate ereditară, luptă pentru existențăȘi selecție naturală. Acțiunea acestor factori a condus la o mare varietate de forme de viață adaptate la diferite condiții de mediu. Evoluția progresivă a trecut printr-o serie de etape: forme precelulare, organisme unicelulare, organisme pluricelulare din ce în ce mai complexe până la om.

Genetica, sarcinile ei. Ereditatea și variabilitatea sunt proprietăți ale organismelor. Metode genetice. Concepte genetice de bază și simbolism. Teoria cromozomală a eredității. Idei moderne despre genă și genom

Genetica, sarcinile ei

Progresele în știința naturală și biologia celulară din secolele XVIII-XIX au permis unui număr de oameni de știință să facă presupuneri cu privire la existența anumitor factori ereditari care determină, de exemplu, dezvoltarea bolilor ereditare, dar aceste presupuneri nu au fost susținute de dovezi relevante. Chiar și teoria pangenezei intracelulare formulată de H. de Vries în 1889, care presupunea existența în nucleul celular a anumitor „pangene” care determină înclinațiile ereditare ale organismului și eliberarea în protoplasmă doar a celor care determină tipul de celulă, nu a putut schimba situația, precum și teoria „plasmei germinale” de A. Weissman, conform căreia caracteristicile dobândite în timpul procesului de ontogeneză nu sunt moștenite.

Numai lucrările cercetătorului ceh G. Mendel (1822–1884) au devenit piatra de temelie a geneticii moderne. Cu toate acestea, în ciuda faptului că lucrările sale au fost citate în publicații științifice, contemporanii săi nu le-au acordat atenție. Și doar redescoperirea tiparelor de moștenire independentă de către trei oameni de știință simultan - E. Chermak, K. Correns și H. de Vries - a forțat comunitatea științifică să se îndrepte către originile geneticii.

Genetica este o știință care studiază modelele de ereditate și variabilitate și metodele de gestionare a acestora.

Sarcinile geneticiiîn stadiul actual sunt studiul caracteristicilor calitative și cantitative ale materialului ereditar, analiza structurii și funcționării genotipului, descifrarea structurii fine a genei și metodele de reglare a activității genelor, căutarea genelor care provoacă dezvoltarea ereditarului uman. boli și metode de „corectare” a acestora, crearea unei noi generații de medicamente după tipul vaccinurilor ADN, construcția, prin inginerie genetică și celulară, a unor organisme cu proprietăți noi care ar putea produce medicamentele și produsele alimentare necesare omului, precum și ca descifrarea completă a genomului uman.

Ereditatea și variabilitatea - proprietăți ale organismelor

Ereditate este capacitatea organismelor de a-și transmite caracteristicile și proprietățile pe parcursul unei serii de generații.

Variabilitate- capacitatea organismelor de a dobândi noi caracteristici în timpul vieții.

Semne- acestea sunt orice caracteristici morfologice, fiziologice, biochimice și de altă natură ale organismelor prin care unele dintre ele diferă de altele, de exemplu culoarea ochilor. Proprietăți numită și orice caracteristică funcțională a organismelor, care se bazează pe o anumită caracteristică structurală sau pe un grup de caracteristici elementare.

Caracteristicile organismelor pot fi împărțite în calitateȘi cantitativ. Semnele calitative au două sau trei manifestări contrastante, care sunt numite semne alternative, de exemplu, culorile ochilor albastru și căprui, în timp ce cele cantitative (randamentul laptelui de vaci, randamentul grâului) nu au diferențe clar definite.

Purtătorul material al eredității este ADN-ul. La eucariote, există două tipuri de ereditate: genotipicȘi citoplasmatic. Purtătorii eredității genotipice sunt localizați în nucleu și vor fi discutați în continuare, în timp ce purtătorii eredității citoplasmatice sunt moleculele circulare de ADN situate în mitocondrii și plastide. Ereditatea citoplasmatică se transmite în principal cu oul, de aceea se mai numește maternă.

Un număr mic de gene sunt localizate în mitocondriile celulelor umane, dar modificările lor pot avea un impact semnificativ asupra dezvoltării organismului, de exemplu, ducând la dezvoltarea orbirii sau la o scădere treptată a mobilității. Plastidele joacă un rol la fel de important în viața plantelor. Astfel, în unele zone ale frunzei pot fi prezente celule fără clorofilă, ceea ce duce, pe de o parte, la o scădere a productivității plantelor, iar pe de altă parte, astfel de organisme pestrițe sunt apreciate în amenajarea decorativă. Astfel de exemplare se reproduc în principal asexuat, deoarece reproducerea sexuală produce adesea plante verzi obișnuite.

Metode genetice

1. Metoda hibridologică, sau metoda încrucișărilor, constă în selectarea indivizilor parentali și analiza urmașilor. În acest caz, genotipul unui organism este judecat după manifestările fenotipice ale genelor la descendenți obținute printr-o anumită schemă de încrucișare. Aceasta este cea mai veche metodă informativă de genetică, care a fost folosită pentru prima dată de G. Mendel în combinație cu metoda statistică. Această metodă nu este aplicabilă în genetica umană din motive etice.

2. Metoda citogenetică se bazează pe studiul cariotipului: numărul, forma și mărimea cromozomilor organismului. Studiul acestor caracteristici ne permite să identificăm diferite patologii de dezvoltare.

3. Metoda biochimică vă permite să determinați conținutul diferitelor substanțe din organism, în special excesul sau deficiența acestora, precum și activitatea unui număr de enzime.

4. Metodele genetice moleculare au ca scop identificarea variațiilor în structura și descifrarea secvenței primare de nucleotide a secțiunilor de ADN studiate. Ele fac posibilă identificarea genelor pentru boli ereditare chiar și la embrioni, stabilirea paternității etc.

5. Metoda statistică a populației face posibilă determinarea compoziției genetice a unei populații, frecvența anumitor gene și genotipuri, încărcătura genetică și, de asemenea, conturarea perspectivelor de dezvoltare a unei populații.

6. Metoda de hibridizare a celulelor somatice în cultură face posibilă determinarea localizării anumitor gene în cromozomi în timpul fuziunii celulelor diferitelor organisme, de exemplu, un șoarece și un hamster, un șoarece și un om etc.

Concepte genetice de bază și simbolism

Gene- aceasta este o secțiune a unei molecule de ADN, sau cromozom, care poartă informații despre o anumită trăsătură sau proprietate a unui organism.

Unele gene pot influența manifestarea mai multor trăsături simultan. Acest fenomen se numește pleiotropie. De exemplu, gena care provoacă dezvoltarea bolii ereditare arahnodactilie (degete de păianjen) provoacă și curbura cristalinului și patologii ale multor organe interne.

Fiecare genă ocupă un loc strict definit pe cromozom - locus. Deoarece în celulele somatice ale majorității organismelor eucariote cromozomii sunt perechi (omologi), fiecare dintre cromozomii perechi conține o copie a genei responsabile pentru o anumită trăsătură. Astfel de gene sunt numite alelic.

Genele alelice există cel mai adesea în două versiuni - dominante și recesive. Dominant numită alelă care se manifestă indiferent de genă care se află pe celălalt cromozom și suprimă dezvoltarea trăsăturii codificate de gena recesivă. Alelele dominante sunt de obicei desemnate cu majuscule ale alfabetului latin (A, B, C etc.), iar alelele recesive sunt desemnate cu litere mici (a, b, c etc.). Recesiv alelele pot fi exprimate numai dacă ocupă loci pe ambii cromozomi perechi.

Un organism care are aceleași alele pe ambii cromozomi omologi se numește homozigot pentru această genă, sau homozigot(AA, aa, AABB, aabb etc.), iar un organism care are diferite variante de gene pe ambii cromozomi omologi - dominant și recesiv - se numește heterozigot pentru această genă, sau heterozigot(Aa, AaBb etc.).

Un număr de gene pot avea trei sau mai multe variante structurale, de exemplu, grupurile de sânge conform sistemului AB0 sunt codificate de trei alele - I A, I B, i. Acest fenomen se numește alelism multiplu. Cu toate acestea, chiar și în acest caz, fiecare cromozom al unei perechi poartă o singură alelă, adică toate cele trei variante de gene nu pot fi reprezentate într-un singur organism.

Genomul- un set de gene caracteristic unui set haploid de cromozomi.

Genotip- un set de gene caracteristic unui set diploid de cromozomi.

Fenotip- un set de caracteristici și proprietăți ale unui organism, care este rezultatul interacțiunii dintre genotip și mediu.

Deoarece organismele diferă unele de altele în multe trăsături, modelele moștenirii lor pot fi stabilite numai prin analiza a două sau mai multe trăsături la urmași. Încrucișarea, în care se ia în considerare moștenirea și se efectuează o numărare cantitativă precisă a urmașilor în funcție de o pereche de caracteristici alternative, se numește monohibrid m, în două perechi - dihibrid, conform unui număr mai mare de semne - polihibrid.

Pe baza fenotipului unui individ, nu este întotdeauna posibil să se determine genotipul acestuia, deoarece atât un organism homozigot pentru gena dominantă (AA) cât și heterozigot (Aa) vor avea o manifestare a alelei dominante în fenotip. Prin urmare, pentru a verifica genotipul unui organism cu fertilizare încrucișată, ei folosesc cruce de testare- încrucișarea, în care un organism cu o trăsătură dominantă este încrucișat cu unul homozigot pentru o genă recesivă. În acest caz, un organism homozigot pentru gena dominantă nu va produce scindare la descendenți, în timp ce la descendenții indivizilor heterozigoți există un număr egal de indivizi cu trăsături dominante și recesive.

Următoarele convenții sunt cel mai adesea folosite pentru a înregistra schemele de încrucișare:

R (din lat. părinte- parinti) - organisme parentale;

$♀$ (semn alchimic al lui Venus - oglindă cu mâner) - specimen matern;

$♂$ (semn alchimic al lui Marte - scut și suliță) - individ patern;

$×$ - semn de trecere;

F 1, F 2, F 3 etc. - hibrizi din prima, a doua, a treia generație și următoarele;

F a - descendenți dintr-o cruce de analiză.

Teoria cromozomală a eredității

Fondatorul geneticii, G. Mendel, precum și cei mai apropiați adepți ai săi, nu aveau nici cea mai mică idee despre baza materială a înclinațiilor ereditare, sau a genelor. Cu toate acestea, deja în 1902–1903, biologul german T. Boveri și studentul american W. Satton au sugerat în mod independent că comportamentul cromozomilor în timpul maturizării și fertilizării celulare face posibilă explicarea divizării factorilor ereditari conform lui Mendel, adică în opinia lor, genele trebuie să fie localizate pe cromozomi. Aceste presupuneri au devenit piatra de temelie a teoriei cromozomiale a eredității.

În 1906, geneticienii englezi W. Bateson și R. Punnett au descoperit o încălcare a segregării mendeliane atunci când au încrucișat mazărea dulce, iar compatriotul lor L. Doncaster, în experimente cu fluturele moliei agrișei, a descoperit moștenirea legată de sex. Rezultatele acestor experimente le contraziceau în mod clar pe cele mendeliane, dar dacă luăm în considerare că până atunci se știa deja că numărul de caracteristici cunoscute pentru obiectele experimentale depășea cu mult numărul de cromozomi, iar acest lucru sugerează că fiecare cromozom poartă mai mult de o genă, iar genele unui cromozom sunt moștenite împreună.

În 1910, au început experimentele grupului lui T. Morgan pe un nou obiect experimental - musca de fructe Drosophila. Rezultatele acestor experimente au făcut posibilă până la mijlocul anilor 20 ai secolului al XX-lea formularea principiilor de bază ale teoriei cromozomiale a eredității, pentru a determina ordinea genelor în cromozomi și distanțele dintre ele, adică pentru a întocmi primul hărți ale cromozomilor.

Prevederi de bază ale teoriei cromozomiale a eredității:

1. Genele sunt localizate pe cromozomi. Genele de pe același cromozom sunt moștenite împreună, sau legate și sunt numite grup de ambreiaj. Numărul de grupuri de legătură este numeric egal cu setul haploid de cromozomi.
2. Fiecare genă ocupă un loc strict definit pe cromozom - un locus.
3. Genele de pe cromozomi sunt dispuse liniar.
4. Întreruperea legăturii genelor are loc numai ca urmare a încrucișării.
5. Distanța dintre gene de pe un cromozom este proporțională cu procentul de încrucișare între ele.
6. Moștenirea independentă este tipică numai pentru genele de pe cromozomi neomologi.

Idei moderne despre genă și genom

La începutul anilor '40 ai secolului XX, J. Beadle și E. Tatum, analizând rezultatele studiilor genetice efectuate asupra ciupercii neurospora, au ajuns la concluzia că fiecare genă controlează sinteza unei enzime și au formulat principiul „unui genă - o enzimă” .

Cu toate acestea, deja în 1961, F. Jacob, J. L. Monod și A. Lvov au reușit să descifreze structura genei E. coli și să studieze reglarea activității acesteia. Pentru această descoperire, ei au primit Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină în 1965.

În procesul cercetării, pe lângă genele structurale care controlează dezvoltarea anumitor trăsături, aceștia au reușit să le identifice pe cele reglatoare, a căror funcție principală este manifestarea trăsăturilor codificate de alte gene.

Structura unei gene procariote. Gena structurală a procariotelor are o structură complexă, deoarece include regiuni reglatoare și secvențe de codificare. Regiunile de reglementare includ promotorul, operatorul și terminatorul. Promotor numită regiunea genei de care este atașată enzima ARN polimeraza, care asigură sinteza ARNm în timpul transcripției. CU operator, situat între promotor și secvența structurală, se poate lega proteina represoare, care nu permite ARN polimerazei să înceapă citirea informațiilor ereditare din secvența de codificare și doar îndepărtarea acesteia permite începerea transcripției. Structura represorului este de obicei codificată într-o genă reglatoare situată într-o altă parte a cromozomului. Citirea informațiilor se termină la o secțiune a genei numită terminator.

Secvență de codare O genă structurală conține informații despre secvența de aminoacizi a proteinei corespunzătoare. Secvența de codificare la procariote se numește cistronomși totalitatea regiunilor de codificare și reglare ale unei gene procariote - operon. În general, procariotele, care includ E. coli, au un număr relativ mic de gene situate pe un singur cromozom circular.

Citoplasma procariotelor poate conține, de asemenea, molecule de ADN mici circulare sau deschise, numite plasmide. Plasmidele sunt capabile să se integreze în cromozomi și să fie transmise de la o celulă la alta. Acestea pot conține informații despre caracteristicile sexuale, patogenitate și rezistența la antibiotice.

Structura unei gene eucariote. Spre deosebire de procariote, genele eucariote nu au o structură de operon, deoarece nu conțin un operator, iar fiecare genă structurală este însoțită doar de un promotor și un terminator. În plus, în genele eucariote regiuni semnificative ( exonii) alternează cu altele nesemnificative ( intronii), care sunt complet transcrise în ARNm și apoi excizate în timpul maturării lor. Rolul biologic al intronilor este de a reduce probabilitatea mutațiilor în regiuni semnificative. Reglarea genelor la eucariote este mult mai complexă decât cea descrisă pentru procariote.

Genomul uman. În fiecare celulă umană, cei 46 de cromozomi conțin aproximativ 2 m de ADN, strâns împachetat într-o dublă helix, care constă din aproximativ 3,2 $×$ 10 9 perechi de nucleotide, care oferă aproximativ 10 1900000000 combinații unice posibile. Până la sfârșitul anilor 80 ai secolului al XX-lea, se cunoștea localizarea a aproximativ 1.500 de gene umane, dar numărul lor total a fost estimat la aproximativ 100 de mii, deoarece oamenii au numai aproximativ 10 mii de boli ereditare, ca să nu mai vorbim de numărul diferitelor proteine. continute in celule.

În 1988, a fost lansat proiectul internațional Genomul uman, care la începutul secolului XXI s-a încheiat cu o decodificare completă a secvenței de nucleotide. El a făcut posibil să înțelegem că doi oameni diferiți au secvențe de nucleotide similare în proporție de 99,9% și doar restul de 0,1% ne determină individualitatea. În total, au fost descoperite aproximativ 30–40 de mii de gene structurale, dar apoi numărul lor a fost redus la 25–30 de mii. Printre aceste gene nu există doar unele unice, ci și repetate de sute și mii de ori. Cu toate acestea, aceste gene codifică un număr mult mai mare de proteine, de exemplu zeci de mii de proteine ​​protectoare - imunoglobuline.

97% din genomul nostru este „junk” genetic care există doar pentru că se poate reproduce bine (ARN care este transcris în aceste regiuni nu părăsește niciodată nucleul). De exemplu, printre genele noastre nu există doar gene „umane”, ci și 60% dintre gene similare cu genele muștei Drosophila, iar până la 99% dintre genele noastre sunt similare cu cimpanzeii.

În paralel cu decodificarea genomului, a avut loc și maparea cromozomilor, în urma căreia a fost posibilă nu numai descoperirea, ci și determinarea locației unor gene responsabile de dezvoltarea bolilor ereditare, precum și ținta medicamentului. genele.

Decodificarea genomului uman nu a dat încă un efect direct, deoarece am primit un fel de instrucțiuni pentru asamblarea unui organism atât de complex ca persoană, dar nu am învățat cum să-l fabricăm sau cel puțin să corectăm erorile din el. Cu toate acestea, era medicinei moleculare este deja în prag; peste tot în lume se dezvoltă așa-numitele preparate genice care pot bloca, șterge sau chiar înlocui genele patologice la oamenii vii, și nu doar într-un ovul fertilizat.

Nu trebuie să uităm că în celulele eucariote ADN-ul este conținut nu numai în nucleu, ci și în mitocondrii și plastide. Spre deosebire de genomul nuclear, organizarea genelor în mitocondrii și plastide are multe în comun cu organizarea genomului procariotic. În ciuda faptului că aceste organite transportă mai puțin de 1% din informațiile ereditare ale celulei și nici măcar nu codifică setul complet de proteine ​​necesare pentru propria lor funcționare, ele sunt capabile să influențeze în mod semnificativ unele dintre caracteristicile organismului. Astfel, pestrița la plantele de chlorophytum, iedera și altele este moștenită de un număr mic de descendenți chiar și atunci când încrucișează două plante pestrițe. Acest lucru se datorează faptului că plastidele și mitocondriile sunt transmise în cea mai mare parte prin citoplasma oului, prin urmare o astfel de ereditate se numește maternă sau citoplasmatică, spre deosebire de genotipic, care este localizat în nucleu.

MATERIAL TEORETIC

BIOLOGIA CA ŞTIINŢĂ. METODE DE BIOLOGIE

Biologie - știința vieții, tiparele și formele sale de manifestare, existența și distribuția ei în timp și spațiu. Ea explorează originile vieții și esența, dezvoltarea, interconexiunile și diversitatea ei. Biologia aparține științelor naturii.

Termenul „biologie” a fost folosit pentru prima dată de profesorul german de anatomie T. Ruz în 1779. Cu toate acestea, a devenit general acceptată în 1802, după ce naturalistul francez J.-B. a început să-l folosească în lucrările sale. Lamarck.

Biologia modernă este o știință complexă, constând dintr-un număr de discipline științifice independente cu propriile obiecte de cercetare.

DISCIPLINE BIOLOGICE

Botanică- știința plantelor,

Zoologie- stiinta animalelor,

Micologie- despre ciuperci,

Virologie- despre viruși,

Microbiologie- despre bacterii.

Anatomie- o știință care studiază structura internă a organismelor (organe individuale, țesuturi). Anatomia plantelor studiază structura plantelor, anatomia animală studiază structura animalelor.

Morfologie- o știință care studiază structura exterioară a organismelor

Fiziologie- o știință care studiază procesele vitale ale corpului și funcțiile organelor individuale.

Igienă- știința conservării și întăririi sănătății umane.

Citologie- stiinta celulara.

Histologie- știința țesuturilor.

Taxonomie- știința clasificării organismelor vii. Clasificarea este împărțirea organismelor în grupuri (specii, gen, familii etc.) în funcție de caracteristicile structurale, origine, dezvoltare etc.

Paleontologie- o știință care studiază resturile fosile (amprente, fosile etc.) ale organismelor.

Embriologie- știința care studiază dezvoltarea individuală (embrionară) a organismelor.

Ecologie- o știință care studiază relațiile organismelor între ele și cu mediul.

Etologie- știința comportamentului animal.

Genetica- știința legilor eredității și variabilității.

Selecţie- știința creșterii noi și a îmbunătățirii raselor existente de animale domestice, a soiurilor de plante cultivate și a tulpinilor de bacterii și ciuperci.

Doctrina evoluționistă- studiază originile și legile dezvoltării istorice a vieții pe Pământ.

Antropologie- știința apariției și dezvoltării omului.

Inginerie celulară- o ramură a științei care se ocupă cu producerea de celule hibride. Un exemplu este hibridizarea celulelor canceroase și a limfocitelor, fuziunea protoplastelor diferitelor celule vegetale și clonarea.

Inginerie genetică- o ramură a științei care se ocupă cu producerea de molecule hibride de ADN sau ARN. Dacă ingineria celulară funcționează la nivel celular, atunci ingineria genetică funcționează la nivel molecular. În acest caz, specialiștii „transplantează” genele unui organism în altul. Unul dintre rezultatele ingineriei genetice este producerea de organisme modificate genetic (OMG).

Bionica- o direcție în știință care caută oportunități de aplicare a principiilor de organizare, proprietăți și structuri ale naturii vii în dispozitivele tehnice.

Biotehnologie- o disciplină care studiază posibilitățile de utilizare a organismelor sau proceselor biologice pentru a obține substanțe necesare omului. De obicei, procesele biotehnologice folosesc bacterii și ciuperci.

METODE GENERALE DE BIOLOGIE

O metodă este un mod de a înțelege realitatea.

1. Observație și descriere.

2.Măsurare

3. Comparație

4. Experiment sau experiență

5. Simulare

6. Istoric.

ETAPELE CERCETĂRII ŞTIINŢIFICE

Susținut observare peste un obiect sau fenomen

pe baza datelor obținute, se propune ipoteză

științific experiment(cu experienta in control)

se poate numi o ipoteză testată în timpul unui experiment
teorie sau prin lege

PROPRIETĂȚI DE VIE

Metabolismul și fluxul de energie- cea mai importantă proprietate a vieţuitoarelor. Toate organismele vii absorb substanțele de care au nevoie din mediul extern și eliberează deșeuri în acesta.

Unitatea compoziției chimice. Dintre elementele chimice din organismele vii predomină carbonul, oxigenul, hidrogenul și azotul. În plus, cea mai importantă caracteristică a organismelor vii este prezența substanțelor organice: grăsimi, carbohidrați, proteine ​​și acizi nucleici.

Structura celulară. Toate organismele sunt formate din celule. Doar virușii au o structură non-celulară, dar și ei dau semne că sunt în viață numai după ce intră în celula gazdă.

Iritabilitate- capacitatea organismului de a raspunde la influentele externe sau interne.

Auto-reproducere. Toate organismele vii sunt capabile de reproducere, adică de reproducere de tipul lor. Reproducerea organismelor are loc în conformitate cu programul genetic înregistrat în moleculele de ADN.

Ereditatea și variabilitatea.

Ereditatea este capacitatea organismelor de a-și transmite caracteristicile descendenților lor. Ereditatea asigură continuitatea vieții. Variabilitatea este capacitatea organismelor de a dobândi noi caracteristici în procesul dezvoltării lor. Variabilitatea ereditară este un factor important în evoluție.

Crestere si dezvoltare.

Creștere - modificări cantitative (de exemplu, creșterea masei).

Dezvoltare - modificări calitative (de exemplu, formarea sistemelor de organe, înflorirea și fructificarea).

autoreglare - capacitatea organismelor de a menține constanta compoziției lor chimice și a proceselor vitale - homeostaziei.

Adaptare

Ritm - modificări periodice ale intensității funcțiilor fiziologice cu diferite perioade de fluctuații (ritmuri zilnice, sezoniere). (De exemplu, fotoperiodismul este reacția corpului la durata orelor de lumină).

Niveluri de organizare a vieții

Număr nivel	Nume	Ce este reprezentat de
	Biosferă	Totalitatea tuturor ecosistemelor planete
	Ecosistem (biogeocenotic)	Sistem de diferite populații specii în relaţia lor între ele şi mediul înconjurător	Savannah, tundra
	Populatie- specii	Totalitatea populațiilor formând specii	Urși albi, balene albastre
	Organic	Corpul ca sistem integral	Bacterii, maimuță
	Celular	Celula și componentele sale structurale	Globule roșii, mitocondrii, cloroplaste
	Molecular	Organic și anorganic substante	Proteine, carbohidrați; Apă, ioni de sare

Testați sarcini în format OGE

Ce știință studiază diversitatea varietale a plantelor?

1)fiziologie 2)sistematică 3)ecologie 4)selecție

2. Puteți afla dacă lumina este necesară pentru formarea amidonului în frunze folosind

1) descrieri ale organelor plantelor 2) comparații ale plantelor din diferite zone naturale

3) observații ale creșterii plantelor 4) experiment de fotosinteză

3. În ce domeniu a biologiei a fost dezvoltată teoria celulară?

1) virologie 2) citologie 3) anatomie 4) embriologie

4. Pentru a separa organele celulare după densitate, vei alege o metodă

1) observare 2) cromatografie 3) centrifugare 4) evaporare

5. Fotografia prezintă un model al unui fragment de ADN. Ce metodă a permis oamenilor de știință să creeze o astfel de imagine tridimensională a unei molecule?

1) clasificare 2) experiment 3) observare 4) modelare

6. Fotografia prezintă un fragment de ADN cu bile și băț. Ce metodă a permis oamenilor de știință să creeze o astfel de imagine tridimensională a unei molecule?

clasificare 2) experiment 3) observare 4) modelare

7. Utilizarea cărei metode științifice ilustrează intriga picturii artistului olandez J. Steen „Pulse”, scrisă la mijlocul secolului al XVII-lea?

1) modelare 2) măsurare 3) experiment 4) observare

8. Studiați graficul care reflectă procesul de creștere și dezvoltare a insectei.

Determinați lungimea insectei în a 30-a zi de dezvoltare.

1) 3,4 2) 2,8 3) 2,5 4) 2,0

9. Care dintre următorii oameni de știință este considerat creatorul doctrinei evoluției?

1) I.I. Mechnikov 2) L. Pasteur 3) Ch. Darwin 4) I.P. Pavlova

10. Ce știință studiază diversitatea varietale a plantelor?

1) fiziologie 2) taxonomie 3) ecologie 4) selecție

11. Selectați o pereche de animale ale căror experimente au condus la descoperiri majore în fiziologia animală și umană.

1) cal și vaca 2) albină și fluture 3) câine și broască 4) șopârlă și porumbel

12. În ce domeniu a biologiei a fost dezvoltată teoria celulară?

1) virologie 2) citologie 3) anatomie 4) embriologie

13. Puteți determina cu precizie gradul de influență al îngrășămintelor asupra creșterii plantelor folosind metoda

1) experiment 2) modelare 3) analiză 4) observație

14. Un exemplu de aplicare a unei metode de cercetare experimentală este

1) descrierea structurii unui nou organism vegetal

2) compararea a două microlame cu țesuturi diferite

3) numărarea pulsului unei persoane înainte și după exercițiu

4) formularea unei poziţii pe baza faptelor obţinute

15. Un microbiolog a vrut să afle cât de repede se înmulțește un tip de bacterie în diferite medii nutritive. A luat două baloane, le-a umplut până la jumătate cu medii nutritive diferite și a plasat aproximativ același număr de bacterii în ele. La fiecare 20 de minute a scos mostre și a numărat numărul de bacterii din ele. Datele din cercetările sale sunt reflectate în tabel.

Studiați tabelul „Schimbarea ratei de reproducere a bacteriilor într-un anumit timp” și răspundeți la întrebări.

Modificarea ratei de reproducere bacteriană într-un anumit timp

Timp după introducerea bacteriilor în cultură, min.	Numărul de bacterii din balon 1	Numărul de bacterii din balon 2

1) Câte bacterii a pus omul de știință în fiecare balon chiar la începutul experimentului?

2) Cum s-a schimbat rata de reproducere bacteriană în timpul experimentului în fiecare balon?

3) Cum putem explica rezultatele obținute?

Literatură

Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. Biologie. Biologie generală clasa a IX-a: manual. pentru instituțiile de învățământ. M.: Dropia, 2013.

Zayats R.G., Rachkovskaya I.V., Butilovsky V.E., Davydov V.V. Biologie pentru solicitanți: întrebări, răspunsuri, teste, sarcini - Minsk: Unipress, 2011. - 768 p.

„Voi rezolva OGE”: biologie. Sistemul de antrenament al lui Dmitry Gushchin [Resursa electronică] - URL: http:// oge.sdamgia.ru

A1 ROLUL BIOLOGIEI ÎN FORMAREA UNUI IMAGIN ŞTIINŢIFIC NATURAL MODERN A LUMII, ÎN ACTIVITĂŢILE PRACTICE ALE OAMENILOR.

Blocul 1. Biologia ca știință. Metode de cunoaștere științifică 1.1. Biologia ca știință, realizările ei, metodele de cunoaștere a naturii vii. Rolul biologiei în formarea imaginii moderne de științe naturale a lumii. Biologia ca știință Biologia (din greaca bios - viata, logos - cuvant, stiinta) este un complex de stiinte despre natura vie. Subiectul biologiei îl reprezintă toate manifestările vieții: structura și funcțiile ființelor vii, diversitatea, originea și dezvoltarea lor, precum și interacțiunea cu mediul. Sarcina principală a biologiei ca știință este de a interpreta toate fenomenele naturii vii pe o bază științifică, ținând cont de faptul că întregul organism are proprietăți care sunt fundamental diferite de componentele sale. Termenul „biologie” se găsește în lucrările anatomiștilor germani T. Roose (1779) și K.-F. Burdach (1800), dar abia în 1802 a fost folosit pentru prima dată independent de J.-B. Lamarck și G.-R. Treviranus pentru a desemna știința care studiază organismele vii. Științe biologice În prezent, biologia cuprinde o serie de științe care pot fi sistematizate după următoarele criterii: după subiect și metode de cercetare predominante și după nivelul de organizare a naturii vii care se studiază. În funcție de subiectul de studiu, științele biologice sunt împărțite în bacteriologie, botanică, virologie, zoologie și micologie. Botanică este o știință biologică care studiază în mod cuprinzător plantele și acoperirea vegetală a Pământului. Zoologie - o ramură a biologiei, știința diversității, structurii, activității vieții, distribuției și relației animalelor cu mediul lor, originea și dezvoltarea lor. Bacteriologie - stiinta biologica care studiaza structura si activitatea bacteriilor, precum si rolul acestora in natura. Virologie - stiinta biologica care studiaza virusurile. Obiectul principal al micologiei sunt ciupercile, structura lor și caracteristicile vieții. Lichenologie - stiinta biologica care studiaza lichenii. Bacteriologia, virologia și unele aspecte ale micologiei sunt adesea considerate ca parte a microbiologiei - o ramură a biologiei, știința microorganismelor (bacterii, viruși și ciuperci microscopice). Sistematică sau taxonomie , este o știință biologică care descrie și clasifică în grupuri toate creaturile vii și dispărute. La rândul lor, fiecare dintre științele biologice enumerate este împărțită în biochimie, morfologie, anatomie, fiziologie, embriologie, genetică și sistematică (plante, animale sau microorganisme). Biochimie este știința compoziției chimice a materiei vii, a proceselor chimice care au loc în organismele vii și care stau la baza activității lor de viață. Morfologie - știința biologică care studiază forma și structura organismelor, precum și tiparele dezvoltării lor. Într-un sens larg, include citologie, anatomie, histologie și embriologie. Distingeți morfologia animalelor și a plantelor. Anatomie este o ramură a biologiei (mai precis, morfologie), o știință care studiază structura și forma internă a organelor, sistemelor individuale și a organismului în ansamblu. Anatomia plantelor este considerată parte a botanicii, anatomia animală este considerată parte a zoologiei, iar anatomia umană este o știință separată. Fiziologie - știința biologică care studiază procesele de viață ale organismelor vegetale și animale, sistemele lor individuale, organele, țesuturile și celulele. Există o fiziologie a plantelor, animalelor și oamenilor. Embriologie (biologia dezvoltării) - o ramură a biologiei, știința dezvoltării individuale a unui organism, inclusiv dezvoltarea embrionului. Obiectul geneticii sunt modelele de ereditate și variabilitate . În prezent, este una dintre cele mai dinamice științe biologice în curs de dezvoltare. După nivelul de organizare a naturii vii studiate, se disting biologia moleculară, citologia, histologia, organologia, biologia organismelor și sistemele superorganismelor. Biologie moleculara este una dintre cele mai tinere ramuri ale biologiei, o știință care studiază, în special, organizarea informațiilor ereditare și biosinteza proteinelor. Citologie sau biologie celulară , este o știință biologică, al cărei obiect de studiu îl reprezintă celulele organismelor atât unicelulare, cât și multicelulare. Histologie - știința biologică, o ramură a morfologiei, al cărei obiect este structura țesuturilor plantelor și animalelor. Domeniul organologiei include morfologia, anatomia și fiziologia diferitelor organe și sistemele acestora . Biologia organismelor include toate științele care se ocupă de organismele vii, de ex.etologie - știința comportamentului organismelor. Biologia sistemelor supraorganistice este împărțită în biogeografie și ecologie. Distribuția organismelor vii este studiată prin biogeografie, în timp ce ecologia studiază organizarea și funcționarea sistemelor supraorganismele la diferite niveluri: populații, biocenoze (comunități), biogeocenoze (ecosisteme) și biosferă. În funcție de metodele de cercetare predominante, putem distinge biologie descriptivă (de exemplu, morfologie), experimentală (de exemplu, fiziologie) și biologie teoretică. Identificarea și explicarea tiparelor de structură, funcționare și dezvoltare a naturii vii la diferite niveluri ale organizării sale este o sarcină a biologiei generale. Include biochimie, biologie moleculară, citologie, embriologie, genetică, ecologie, știință evolutivă și antropologie. Predarea evoluționistă studiază cauzele, forțele motrice, mecanismele și modelele generale ale evoluției organismelor vii. Una dintre secțiunile sale estepaleontologie - o știință al cărei subiect sunt resturile fosile ale organismelor vii. Antropologie - o secțiune de biologie generală, știința originii și dezvoltării oamenilor ca specie biologică, precum și diversitatea populațiilor umane moderne și modelele interacțiunii lor. Aspectele aplicate ale biologiei sunt incluse în domeniul biotehnologiei, al reproducerii și al altor științe în curs de dezvoltare. Biotehnologie este știința biologică care studiază utilizarea organismelor vii și a proceselor biologice în producție. Este utilizat pe scară largă în industria alimentară (coacerea, fabricarea brânzeturilor, berii etc.) și farmaceutică (producția de antibiotice, vitamine), pentru purificarea apei etc. Selecţie - știința metodelor de creare a raselor de animale domestice, a soiurilor de plante cultivate și a tulpinilor de microorganisme cu proprietăți necesare omului. Selecția este, de asemenea, înțeleasă ca procesul de schimbare a organismelor vii, realizat de oameni pentru nevoile lor. Progresul biologiei este strâns legat de succesele altor științe naturale și exacte, cum ar fi fizica, chimia, matematica, informatica etc. De exemplu, microscopia, ultrasunetele (ultrasunele), tomografia și alte metode de biologie se bazează pe fizice. legile, iar studiul structurii moleculelor și proceselor biologice care au loc în sistemele vii ar fi imposibil fără utilizarea metodelor chimice și fizice. Utilizarea metodelor matematice face posibilă, pe de o parte, identificarea prezenței unei conexiuni naturale între obiecte sau fenomene, confirmarea fiabilității rezultatelor obținute și, pe de altă parte, modelarea unui fenomen sau proces. Recent, metodele computerizate, precum modelarea, au devenit din ce în ce mai importante în biologie. La intersecția dintre biologie și alte științe, au apărut o serie de științe noi, cum ar fi biofizica, biochimia, bionica etc. ȘTIINȚE BIOLOGICE Pentru grup stiinte biologice generale include:	Pentru grup științe biologice private au fost comasate:
- citologie - stiinta celulara - histologie - știința țesuturilor (grupuri de celule) - taxonomie - o disciplină științifică ale cărei sarcini includ elaborarea de principii pentru clasificarea organismelor vii; - embriologie - modele de dezvoltare individuală a organismelor, dezvoltarea embrionului. - morfologie - știința care studiază structura externă și internă a unui organism viu; - fiziologie - știință despre modelele de funcționare a proceselor de viață în organism; - ecologie - știința relațiilor dintre organismele vii și comunitățile lor între ele și cu mediul; - etologie - știința comportamentului animal - genetica - știință despre legile și mecanismele eredității și variabilității; - doctrina evoluţionistă , sau știința evoluționistă, este un sistem de idei și concepte în biologie care afirmă dezvoltarea istorică progresivă a biosferei. - paleontologie – știința organismelor dispărute	1) microbiologie - știința microorganismelor: bacterii, ciuperci microscopice și alge, protozoare și viruși; 2) botanica – știința plantelor; micologie (știința ciupercilor), algologie (știința algelor), briologie (știința mușchilor) -3) zoologie - știința, al cărei subiect de studiu este reprezentanți ai regnului animal; - antropologie – un ansamblu de discipline implicate în studiul omului.
	Pentru grup științe biologice integrate au fost comasate:
	- biotehnologie - un set de metode industriale care permit utilizarea organismelor vii și a părților lor pentru a produce produse - selecția - știința metodelor de creare a soiurilor de plante, a raselor de animale și a tulpinilor de microorganisme cu caracteristicile necesare omului. - imunologie – știința sistemului imunitar (de apărare) al organismului

Realizările biologiei

Cele mai importante evenimente din domeniul biologiei care au influențat întregul curs al dezvoltării sale ulterioare sunt:

Stabilirea structurii moleculare a ADN-ului și rolul acesteia în transmiterea informațiilor în materia vie (F. Crick, J. Watson, M. Wilkins);

Decodificarea codului genetic (R. Holley, H.-G. Korana, M. Nirenberg);

Descoperirea structurii genelor și reglarea genetică a sintezei proteinelor (A. M. Lvov, F. Jacob, J.-L. Monod etc.);

Formularea teoriei celulare (M. Schleiden, T. Schwann, R. Virchow, K. Baer);

Studiul modelelor de ereditate și variabilitate (G. Mendel, G. de Vries, T. Morgan etc.);

Formularea principiilor sistematicii moderne (C. Linnaeus), teoriei evoluției (C. Darwin) și doctrinei biosferei (V.I. Vernadsky).

„boala vacii nebune” (prioni).

Lucrările la programul „Genom uman”, care a fost desfășurat simultan în mai multe țări și a fost finalizat la începutul acestui secol, ne-a condus la înțelegerea că o persoană are doar aproximativ 25-30 de mii de gene, dar informații din majoritatea ADN-ul nu se citește niciodată, deoarece conține un număr mare de regiuni și gene care codifică trăsături care și-au pierdut semnificația pentru oameni (coada, părul de pe corp etc.). În plus, au fost descifrate o serie de gene responsabile de dezvoltarea bolilor ereditare, precum și gene țintă pentru medicamente. Cu toate acestea, aplicarea practică a rezultatelor obținute în timpul implementării acestui program este amânată până când genomurile unui număr semnificativ de persoane vor fi descifrate, iar atunci va deveni clar care sunt diferențele lor. Aceste obiective au fost stabilite pentru un număr de laboratoare de top din întreaga lume care lucrează la implementarea programului ENCODE.

Cea mai mare semnificație dintre realizările biologiei este faptul că ele formează chiar baza pentru construcția rețelelor neuronale și a codului genetic în tehnologia computerelor și sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în arhitectură și alte industrii. Fără îndoială, secolul 21 este secolul biologiei.
Ca orice altă știință, biologia are propriul său arsenal de metode. Pe lângă metoda științifică de cunoaștere folosită în alte domenii, metode precum istorică, comparativ-descriptivă etc. sunt utilizate pe scară largă în biologie.

Rolul biologiei în formarea imaginii moderne de științe naturale a lumii

În stadiul formării sale, biologia nu exista încă separat de alte științe ale naturii și se limita doar la observarea, studiul, descrierea și clasificarea reprezentanților lumii animale și vegetale, adică era o știință descriptivă. Cu toate acestea, acest lucru nu i-a împiedicat pe naturaliștii antici Hipocrate (c. 460-377 î.Hr.), Aristotel (384-322 î.Hr.) și Teofrast (nume real Tirtham, 372-287 î.Hr.) să aducă o contribuție semnificativă la dezvoltarea idei despre structura corpului uman și animale, precum și diversitatea biologică a animalelor și plantelor, punând astfel bazele anatomiei și fiziologiei umane, zoologiei și botanicii.

Aprofundarea cunoștințelor despre natura vie și sistematizarea faptelor acumulate anterior, care au avut loc în secolele XVI-XVIII, au culminat cu introducerea nomenclaturii binare și crearea unei taxonomii armonioase a plantelor (C. Linnaeus) și animalelor (J. -B. Lamarck).

Descrierea unui număr semnificativ de specii cu caracteristici morfologice similare, precum și descoperirile paleontologice, au devenit premise pentru dezvoltarea ideilor despre originea speciilor și căile de dezvoltare istorică a lumii organice. Astfel, experimentele lui F. Redi, L. Spallanzani și L. Pasteur din secolele XVII-XIX au infirmat ipoteza generației spontane, propusă de Aristotel și răspândită în Evul Mediu, și teoria evoluției biochimice de A.I. Oparin și J. Haldane, confirmat strălucit de S. Miller și G. Yuri, ne-a permis să răspundem la întrebarea despre originea tuturor viețuitoarelor.

Dacă însuși procesul de apariție a viețuitoarelor din componente nevii și evoluția lui în sine nu mai ridică îndoieli, atunci mecanismele, căile și direcțiile dezvoltării istorice a lumii organice nu sunt încă pe deplin înțelese, deoarece niciunul dintre două teorii principale concurente ale evoluției (teoria sintetică a evoluției, creată pe baza teoriei lui Charles Darwin și teoria lui J.-B. Lamarck) încă nu pot oferi dovezi cuprinzătoare.

Utilizarea microscopiei și a altor metode ale științelor conexe, datorită progresului în domeniul altor științe ale naturii, precum și introducerea practicii experimentale, a permis oamenilor de știință germani T. Schwann și M. Schleiden să formuleze o teorie celulară înapoi în al XIX-lea, completat ulterior de R. Virchow și K. Baer. A devenit cea mai importantă generalizare din biologie, care a format piatra de temelie a ideilor moderne despre unitatea lumii organice.

Descoperirea tiparelor de transmitere a informațiilor ereditare de către călugărul ceh G. Mendel a servit ca un impuls pentru dezvoltarea rapidă în continuare a biologiei în secolele XX-21 și a condus nu numai la descoperirea purtătorului universal al eredității - ADN-ul, ci și de asemenea, codul genetic, precum și mecanismele fundamentale de control, citire și variabilitate a informațiilor ereditare.

Dezvoltarea ideilor despre mediu a condus la apariția unei astfel de științe precum ecologia și la formularea doctrinei biosferei ca un sistem planetar complex cu mai multe componente de complexe biologice uriașe interconectate, precum și procese chimice și geologice care au loc pe Pământ (V.I. Vernadsky), care în cele din urmă permite, cel puțin într-o mică măsură, reducerea consecințelor negative ale activității economice umane.
Astfel, biologia a jucat un rol important în formarea imaginii moderne de științe naturale a lumii.

OAMENI DE ȘTIINȚĂ – BIOLOGI

W. Harvey a descoperit mecanismul circulației sângelui; a făcut un microscop și a pus bazele anatomiei și fiziologiei moderne;

R.Hook a descris structura celulară a unei plute (plante); a inventat termenul „celulă”;

A. Levenguk observate la microscop (mărind de 300 de ori) protozoare, bacterii, spermatozoizi;

K. Baer a observat celula ou a mamiferelor;

R.Maro a descoperit nucleul celular;

K. Linné a creat un sistem de clasificare a plantelor și animalelor;

T. Schwann, M. Schleiden a formulat independent teoria celulară,

R. Virchow a creat doctrina patologiei celulare, a introdus postulatul: „fiecare celulă este dintr-o celulă”;

C. Darwin a creat teoria evoluționistă;

G. Mendel a descoperit legea moștenirii trăsăturilor, care a contribuit la nașterea geneticii ca știință;

L. Pasteur a descoperit principiul vaccinurilor, a pus bazele microbiologiei și imunologiei;

Charles Darwin a creat o teorie holistică a evoluției prin selecție naturală.

I. Mechnikov a formulat teoria fagocitară,

I. Pavlov – doctrina reflexului

A. Humboldt a studiat interacțiunea organismelor cu mediul și dependența acestuia de geografie

K. Landsteiner a descoperit grupele sanguine umane

Gregor Mendel , legile geneticii

J. Watson şi F. Crick structuri ADN descifrate

V.I.Vernadsky despre legăturile dintre organismele vii și natura neînsuflețită (doctrina biosferei).

METODE ALE ŞTIINŢELOR BIOLOGICE

Cele mai comune metode de studiere a biologiei sunt:

observare (vă permite să descrieți fenomene biologice),

comparaţie (face posibilă găsirea de modele generale în structura și funcționarea diferitelor organisme),

experiment, sau experiență, modelare (ajută la studiul proprietăților obiectelor biologice în condiții controlate; multe procese sunt simulate care sunt inaccesibile pentru observarea directă sau reproducerea experimentală),

metoda istorica (permite, pe baza datelor despre lumea organică modernă și trecutul ei, înțelegerea proceselor de dezvoltare a naturii vii)

Metoda științifică este un set de metode de bază pentru obținerea de noi cunoștințe și metode de rezolvare a problemelor în cadrul oricărei științe.

Metoda științifică presupune o anumită abordare sistematică:

Observarea faptelor și măsurarea lor, de ex. descrierea observației – cantitativă și/sau calitativă.

Metoda științifică a cunoașterii include observarea, formularea de ipoteze, experimentul, modelarea, analiza rezultatelor și derivarea modelelor generale (Fig. 1.).

Orez. 1. Reprezentarea schematică a metodei cercetării științifice

Observare

Observare - aceasta este percepția intenționată a obiectelor și fenomenelor folosind simțurile sau instrumentele, determinată de sarcina activității.

Condiția principală a observației științifice este obiectivitatea acesteia, adică capacitatea de a verifica datele obținute prin observare repetată sau prin utilizarea altor metode de cercetare, cum ar fi experimentul. Faptele obținute în urma observației se numesc date. Ele pot fi fie calitative (care descriu mirosul, gustul, culoarea, forma etc.) fie cantitative, iar datele cantitative sunt mai precise decât calitative.

Analiza rezultatelor obtinute - sistematizarea, identificarea principalelor si secundare.

Generalizare - formularea de ipoteze şi apoi - teorii.

Prognoza: formularea consecințelor dintr-o ipoteză propusă sau dintr-o teorie acceptată folosind deducția, inducția sau alte metode logice.

Verificarea consecințelor anticipate prin experiment.

Atenție la punctul 5. Fără el, abordarea nu poate fi considerată științifică!

Este important să înțelegem diferența dintre conceptele de ipoteză și teorie.

Pe baza datelor observaționale, se formuleazăipoteză - o judecată prezumtivă despre legătura naturală a fenomenelor. Ipoteza este testată într-o serie de experimente. Un experiment este un experiment condus științific, o observare a fenomenului studiată în condiții controlate care permite identificarea caracteristicilor unui obiect sau fenomen dat. Cea mai înaltă formă de experiment este modelarea - studiul oricăror fenomene, procese sau sisteme de obiecte prin construirea și studierea modelelor acestora.O ipoteză este o afirmație, o presupunere care nu a fost încă dovedită.

Rezultatele experimentale și de simulare sunt supuse unei analize atente. Analiza este o metodă de cercetare științifică prin descompunerea unui obiect în părțile sale componente sau disecția mentală a unui obiect prin abstracție logică.

Cânddemonstra ipoteza , ea devineteorie , o teoremă sau un fapt . Ipoteza respinsă intră în categorieafirmații false . O ipoteză care nu a fost încă dovedită , dar nu infirmat, se numeșteproblema deschisa .

Teorie - un sistem de cunoștințe construit pe o ipoteză dovedită științific.

Teoria este înțeleasă ca o formă de cunoaștere științifică care oferă o idee holistică a tiparelor și a conexiunilor esențiale ale realității.

Direcția generală a cercetării științifice este atingerea unor niveluri mai ridicate de predictibilitate. Dacă niciun fapt nu poate schimba o teorie, iar abaterile de la ea care apar sunt regulate și previzibile, atunci ea poate fi ridicată la rangul de lege - o relație necesară, esențială, stabilă, care se repetă între fenomenele din natură.

Pe măsură ce corpul de cunoștințe crește și metodele de cercetare se îmbunătățesc, ipotezele și chiar teoriile bine stabilite pot fi contestate, modificate și chiar respinse, deoarece cunoștințele științifice în sine sunt de natură dinamică și supuse constant reinterpretării critice.

Experiment biologic

Experiment calitativ - cel mai simplu tip de experiment biologic - scopul său este de a stabili prezența sau absența fenomenului presupus în teorie.

Experiment de măsurare - identificarea unor caracteristici cantitative ale unui obiect sau proces.

Dispozitivul unui microscop cu lumină. Un microscop cu lumină este format din părți optice și mecanice. Părțile optice sunt implicate în construirea unei imagini, iar părțile mecanice sunt folosite pentru ușurința în utilizare a părților optice.
Mărirea totală a microscopului este determinată de formula:
Mărire obiectiv x mărire ocular = mărire microscop.
De exemplu, dacă obiectivul mărește obiectul de 8 ori și ocularul de 7, atunci mărirea totală a microscopului este de 56.

Observarea, descrierea și măsurarea obiectelor biologice

Măsurători statistice - măsurători de mărimi care nu se modifică în timp.

Măsurători dinamice - măsurători de mărimi care își modifică valoarea în timp (presiunea, temperatura, densitatea populației etc.)

Metodele de cercetare în știință sunt destul de diverse, dar toate se bazează pe metode științifice de cunoaștere, care diferă într-o anumită abordare.

Cunoașterea acestor informații ajută la separarea cercetării științifice reale de diferite experimente pseudoștiințifice pe scară largă.

Metoda istorica

Metoda istorică dezvăluie modelele de apariție și dezvoltare a organismelor, formarea structurii și funcției lor. Într-o serie de cazuri, cu ajutorul acestei metode, ipotezele și teoriile care anterior erau considerate false capătă o nouă viață.
Metoda comparativ-descriptivă presupune efectuarea unei analize anatomice și morfologice a obiectelor de studiu. Ea stă la baza clasificării organismelor, identificând modele de apariție și dezvoltare a diferitelor forme de viață.

Monitorizarea este un sistem de măsuri pentru observarea, evaluarea și prognoza schimbărilor în starea obiectului studiat, în special a biosferei.
Efectuarea observațiilor și experimentelor necesită adesea utilizarea unor echipamente speciale, precum microscoape, centrifuge, spectrofotometre etc.

Microscopia este utilizată pe scară largă în zoologie, botanică, anatomie umană, histologie, citologie, genetică, embriologie, paleontologie, ecologie și alte ramuri ale biologiei. Vă permite să studiați structura fină a obiectelor folosind lumină, electroni, raze X și alte tipuri de microscoape.

Centrifugarea diferențială sau fracționarea face posibilă separarea particulelor în funcție de dimensiunea și densitatea lor sub influența forței centrifuge, care este utilizată în mod activ în studierea structurii moleculelor și celulelor biologice.
Arsenalul de metode biologice este actualizat în mod constant, iar în prezent este aproape imposibil să îl acoperiți în totalitate. Prin urmare, unele metode utilizate în științele biologice individuale vor fi discutate mai jos.

Termen "biologie" este format din două cuvinte grecești „bios” - viață și „logos” - cunoaștere, predare, știință. De aici și definiția clasică a biologiei ca știință care studiază viața în toate manifestările ei.

Biologie explorează diversitatea ființelor vii existente și dispărute, structura lor, funcțiile, originea, evoluția, distribuția și dezvoltarea individuală, conexiunile între ele, între comunități și cu natura neînsuflețită.

Biologie examinează tiparele generale și particulare inerente vieții în toate manifestările și proprietățile ei: metabolism, reproducere, ereditate, variabilitate, adaptabilitate, creștere, dezvoltare, iritabilitate, mobilitate etc.

Metode de cercetare în biologie

1. Observare- cea mai simplă și mai accesibilă metodă. De exemplu, puteți observa schimbări sezoniere în natură, în viața plantelor și animalelor, comportamentul animalelor etc.
2. Descriere obiecte biologice (descriere orală sau scrisă).
3. Comparaţie– găsirea de asemănări și deosebiri între organisme, utilizate în taxonomie.
4. Metoda experimentala(în condiții de laborator sau naturale) – cercetare biologică folosind diverse instrumente și metode de fizică și chimie.
5. Microscopie– studiul structurii celulelor și structurilor celulare cu ajutorul microscoapelor luminoase și electronice. Microscoape ușoare vă permit să vedeți formele și dimensiunile celulelor și organelelor individuale. Electronic – structuri mici ale organitelor individuale.
6. Metoda biochimică- studiul compoziției chimice a celulelor și țesuturilor organismelor vii.
7. citogenetic– o metodă de studiere a cromozomilor la microscop. Puteți detecta mutații genomice (de exemplu, sindromul Down), mutații cromozomiale (modificări ale formei și mărimii cromozomilor).
8. Ultracentrifugarea- izolarea structurilor celulare individuale (organele) și studiul lor în continuare.
9. Metoda istorica– compararea faptelor obţinute cu rezultatele obţinute anterior.
10. Modelare– crearea de diverse modele de procese, structuri, ecosisteme etc. pentru a prezice schimbări.
11. Metoda hibridologică– metoda de încrucișare, principala metodă de studiere a tiparelor de ereditate.
12. Metoda genealogica– o metodă de compilare a pedigree-urilor, folosită pentru a determina tipul de moștenire a unei trăsături.
13. Metoda dublă– o metodă care vă permite să determinați ponderea de influență a factorilor de mediu asupra dezvoltării trăsăturilor. Se aplică gemenilor identici.

Legătura biologiei cu alte științe.

Diversitatea naturii vii este atât de mare încât biologia modernă trebuie prezentată ca un complex de științe. Biologia stă la baza unor științe precum medicină, ecologie, genetică, selecție, botanică, zoologie, anatomie, fiziologie, microbiologie, embriologie etc. Biologia, împreună cu alte științe, a format științe precum biofizica, biochimia, bionica, geobotanica, zoogeografia etc. În legătură cu dezvoltarea rapidă a științei și tehnologiei, apar noi direcții în studiul organismelor vii și noi științe. apar legate de biologie. Acest lucru dovedește încă o dată că lumea vie este multifațetă și complexă și este strâns legată de natura neînsuflețită.

Științe biologice de bază - obiecte ale studiului lor

1. Anatomia este structura externă și internă a organismelor.
2. Fiziologie – procese de viață.
3. Medicina - boli umane, cauzele lor și metode de tratament.
4. Ecologie – relațiile dintre organismele din natură, modelele proceselor din ecosisteme.
5. Genetica - legile eredității și variabilității.
6. Citologia este știința celulelor (structură, activitate vitală etc.).
7. Biochimie – procese biochimice în organismele vii.
8. Biofizica – fenomene fizice în organismele vii.
9. Creșterea este crearea de noi și îmbunătățirea soiurilor, raselor, tulpinilor existente.
10. Paleontologie – resturi fosile ale organismelor antice.
11. Embriologie - dezvoltarea embrionilor.

O persoană poate aplica cunoștințele în domeniul biologiei:

• pentru prevenirea si tratarea bolilor
• la acordarea primului ajutor victime ale accidentelor;
• în producţia vegetală, creşterea animalelor
• în activități de mediu care contribuie la rezolvarea problemelor globale de mediu (cunoștințe despre interrelațiile dintre organismele din natură, despre factorii care afectează negativ starea mediului etc.) BIOLOGIA CA ȘTIINȚĂ

Semne și proprietăți ale viețuitoarelor:

1. Structura celulară. Celula este o singură unitate structurală și funcțională, precum și o unitate de dezvoltare pentru aproape toate organismele vii de pe Pământ. Virușii sunt o excepție, dar chiar și ei prezintă proprietăți vii numai atunci când sunt într-o celulă. În afara celulei nu dau niciun semn de viață.

2. Unitatea compoziției chimice. Ființele vii sunt alcătuite din aceleași elemente chimice ca și lucrurile nevii, dar în ființele vii 90% din masă provine din patru elemente: S, O, N, N, care sunt implicate în formarea moleculelor organice complexe, precum proteinele, acizii nucleici, carbohidrații, lipidele.

3. Metabolismul și energia sunt principalele proprietăți ale viețuitoarelor. Se realizează ca urmare a două procese interdependente: sinteza substanțelor organice din organism (datorită surselor externe de energie din lumină și alimente) și procesul de descompunere a substanțelor organice complexe cu eliberare de energie, care este apoi consumate de organism. Metabolismul asigură constanța compoziției chimice în condiții de mediu în continuă schimbare.

4. Deschidere. Toate organismele vii sunt sisteme deschise, adică sisteme care sunt stabile numai dacă primesc energie și materie continuă din mediu.

5. Auto-reproducere (reproducere). Capacitatea de a se auto-reproduce este cea mai importantă proprietate a tuturor organismelor vii. Se bazează pe informații despre structura și funcțiile oricărui organism viu, încorporat în acizi nucleici și asigurând specificul structurii și activității vitale a organismului viu.

6. Auto-reglare. Datorită mecanismelor de autoreglare, se menține constanta relativă a mediului intern al corpului, adică. se menține constanta compoziției chimice și intensitatea proceselor fiziologice - homeostaziei.

7. Dezvoltare și creștere.În procesul de dezvoltare individuală (ontogeneză), proprietățile individuale ale organismului apar treptat și consecvent (dezvoltare) și are loc creșterea acestuia (creștere în dimensiune). În plus, toate sistemele vii evoluează - se schimbă în timpul dezvoltării istorice (filogenie).

8. Iritabilitate. Orice organism viu este capabil să răspundă la influențele externe și interne.

9. Ereditate. Toate organismele vii sunt capabile să păstreze și să transmită descendenților caracteristicile de bază.

10. Variabilitate. Toate organismele vii sunt capabile să se schimbe și să dobândească noi caracteristici.

Niveluri de bază de organizare a naturii vii

Toată natura vie este o colecție de sisteme biologice. Proprietățile importante ale sistemelor vii sunt organizarea pe mai multe niveluri și organizarea ierarhică. Părțile sistemelor biologice sunt ele însele sisteme formate din părți interconectate. La fiecare nivel, fiecare sistem biologic este unic și diferit de alte sisteme.

Oamenii de știință, pe baza caracteristicilor manifestării proprietăților viețuitoarelor, au identificat mai multe niveluri de organizare a naturii vii:

1. Nivelul molecular - reprezentata de molecule de substante organice (proteine, lipide, carbohidrati etc.) gasite in celule. La nivel molecular, se pot studia proprietățile și structurile moleculelor biologice, rolul lor în celulă, în viața organismului și așa mai departe. De exemplu, dublarea moleculei de ADN, a structurii proteinei și așa mai departe.

2. Nivel celular – reprezentate de celule. La nivel celular, încep să apară proprietățile și semnele viețuitoarelor. La nivel celular, se poate studia structura și funcțiile celulelor și structurilor celulare, procesele care au loc în ele. De exemplu, mișcarea citoplasmei, diviziunea celulară, biosinteza proteinelor în ribozomi și așa mai departe.

3. Nivelul organ-țesut – reprezentate de ţesuturi şi organe ale organismelor pluricelulare. La acest nivel, se poate studia structura și funcțiile țesuturilor și organelor, procesele care au loc în ele. De exemplu, contracția inimii, mișcarea apei și a sărurilor prin vase și așa mai departe.

4. Nivelul organismului – reprezentate de organisme unicelulare şi pluricelulare. La acest nivel, organismul este studiat în ansamblu: structura și funcțiile sale vitale, mecanismele de autoreglare a proceselor, adaptarea la condițiile de viață și așa mai departe.

5. Nivel populație-specie– reprezentată de populații formate din indivizi din aceeași specie care trăiesc împreună timp îndelungat pe un anumit teritoriu. Viața unui individ este determinată genetic, iar în condiții favorabile populația poate exista la infinit. Întrucât la acest nivel încep să opereze forțele motrice ale evoluției - lupta pentru existență, selecția naturală etc. La nivel populație-specie, se studiază dinamica numărului de indivizi, compoziția vârste-sex a populației, evolutiv. schimbări ale populației și așa mai departe.

6. Nivelul ecosistemului– reprezentată de populații de diferite specii care trăiesc împreună pe un anumit teritoriu. La acest nivel sunt studiate relațiile dintre organisme și mediu, condițiile care determină productivitatea și sustenabilitatea ecosistemelor, modificările ecosistemelor etc.

7. Nivelul biosferei– cea mai înaltă formă de organizare a materiei vii, unind toate ecosistemele planetei. La acest nivel sunt studiate procese la scara întregii planete - cicluri ale materiei și energiei din natură, probleme de mediu globale, modificări ale climei Pământului etc. În prezent, studiul influenței umane asupra stării biosferei în scopul pentru a preveni o criză globală de mediu este de o importanță capitală.