Cheat sheet so základmi biológie. Úloha biológie v živote človeka a praktickej činnosti Úloha biológie v praktickej činnosti človeka

Biológia ako veda

Biológia(z gréčtiny bios- život, logo- slovo, veda) je komplex vied o živej prírode.

Predmetom biológie sú všetky prejavy života: štruktúra a funkcie živých bytostí, ich rozmanitosť, vznik a vývoj, ako aj interakcia s prostredím. Hlavnou úlohou biológie ako vedy je interpretovať všetky javy živej prírody na vedeckom základe, berúc do úvahy, že celý organizmus má vlastnosti, ktoré sa zásadne líšia od jeho zložiek.

Termín „biológia“ sa nachádza v prácach nemeckých anatómov T. Roose (1779) a K. F. Burdacha (1800), ale až v roku 1802 ho prvýkrát nezávisle použili J. B. Lamarck a G. R. Treviranus na označenie vedy, ktorá študuje živé organizmy. .

Biologické vedy

Biológia v súčasnosti zahŕňa množstvo vied, ktoré možno systematizovať podľa nasledujúcich kritérií: podľa predmetu a prevládajúcich metód výskumu a podľa úrovne organizácie skúmanej živej prírody. Podľa predmetu štúdia sa biologické vedy delia na bakteriológiu, botaniku, virológiu, zoológiu a mykológiu.

Botanika je biologická veda, ktorá komplexne študuje rastliny a vegetačný kryt Zeme. Zoológia- odvetvie biológie, náuka o rozmanitosti, stavbe, životnej aktivite, rozšírení a vzťahu živočíchov k prostrediu, o ich pôvode a vývoji. Bakteriológia- biologická veda, ktorá študuje štruktúru a aktivitu baktérií, ako aj ich úlohu v prírode. Virológia- biologická veda skúmajúca vírusy. Hlavným predmetom mykológie sú huby, ich štruktúra a vlastnosti života. Lichenológia- biologická veda skúmajúca lišajníky. Bakteriológia, virológia a niektoré aspekty mykológie sú často považované za súčasť mikrobiológie - odbor biológie, veda o mikroorganizmoch (baktérie, vírusy a mikroskopické huby). Systematika alebo taxonómia, je biologická veda, ktorá popisuje a zaraďuje do skupín všetky živé a vyhynuté tvory.

Každá z uvedených biologických vied sa zase delí na biochémiu, morfológiu, anatómiu, fyziológiu, embryológiu, genetiku a systematiku (rastliny, zvieratá alebo mikroorganizmy). Biochémia je veda o chemickom zložení živej hmoty, chemických procesoch prebiehajúcich v živých organizmoch a základoch ich životnej činnosti. Morfológia- biologická veda, ktorá študuje formu a štruktúru organizmov, ako aj zákonitosti ich vývoja. V širšom zmysle zahŕňa cytológiu, anatómiu, histológiu a embryológiu. Rozlišujte medzi morfológiou zvierat a rastlín. Anatómia je odvetvie biológie (presnejšie morfológie), veda, ktorá študuje vnútornú stavbu a tvar jednotlivých orgánov, systémov a organizmu ako celku. Anatómia rastlín sa považuje za súčasť botaniky, anatómia zvierat za súčasť zoológie a anatómia človeka je samostatná veda. Fyziológia- biologická veda, ktorá študuje životné procesy rastlinných a živočíšnych organizmov, ich jednotlivé systémy, orgány, tkanivá a bunky. Existuje fyziológia rastlín, zvierat a ľudí. Embryológia (vývojová biológia)- odvetvie biológie, náuka o individuálnom vývoji organizmu vrátane vývoja embrya.

Objekt genetika sú zákony dedičnosti a premenlivosti. V súčasnosti ide o jednu z najdynamickejšie sa rozvíjajúcich biologických vied.

Podľa úrovne organizácie skúmanej živej prírody sa rozlišuje molekulárna biológia, cytológia, histológia, organológia, biológia organizmov a superorganizmové systémy. Molekulárna biológia je jedným z najmladších odborov biológie, veda, ktorá študuje najmä organizáciu dedičných informácií a biosyntézu bielkovín. Cytológia alebo bunková biológia, je biologická veda, ktorej predmetom skúmania sú bunky jednobunkových aj mnohobunkových organizmov. Histológia- biologická veda, odvetvie morfológie, ktorej predmetom je stavba tkanív rastlín a živočíchov. Oblasť organológie zahŕňa morfológiu, anatómiu a fyziológiu rôznych orgánov a ich systémov.

Biológia organizmov zahŕňa všetky vedy, ktoré sa zaoberajú živými organizmami, napr. etológie- náuka o správaní organizmov.

Biológia supraorganizmových systémov sa delí na biogeografiu a ekológiu. Študuje distribúciu živých organizmov biogeografia, keďže ekológia- organizácia a fungovanie nadorganizmových systémov na rôznych úrovniach: populácie, biocenózy (spoločenstvá), biogeocenózy (ekosystémy) a biosféra.

Podľa prevládajúcich výskumných metód sa rozlišuje deskriptívna (napríklad morfológia), experimentálna (napríklad fyziológia) a teoretická biológia.

Identifikovať a vysvetliť zákonitosti štruktúry, fungovania a vývoja živej prírody na rôznych úrovniach jej organizácie je úloha všeobecná biológia. Zahŕňa biochémiu, molekulárnu biológiu, cytológiu, embryológiu, genetiku, ekológiu, evolučnú vedu a antropológiu. Evolučná doktrínaštuduje príčiny, hnacie sily, mechanizmy a všeobecné vzorce evolúcie živých organizmov. Jedna z jeho sekcií je paleontológie- veda, ktorej predmetom sú fosílne pozostatky živých organizmov. Antropológia- časť všeobecnej biológie, veda o pôvode a vývoji človeka ako biologického druhu, ako aj o diverzite moderných ľudských populácií a vzorcoch ich vzájomného pôsobenia.

Aplikované aspekty biológie sú zahrnuté v oblasti biotechnológie, šľachtenia a ďalších rýchlo sa rozvíjajúcich vied. Biotechnológia je biologická veda, ktorá študuje využitie živých organizmov a biologických procesov vo výrobe. Má široké využitie v potravinárstve (pečenie, syrárstvo, pivovarníctvo a pod.) a farmaceutickom priemysle (výroba antibiotík, vitamínov), na čistenie vody atď. Výber- náuka o metódach vytvárania plemien domácich zvierat, odrôd kultúrnych rastlín a kmeňov mikroorganizmov s vlastnosťami potrebnými pre človeka. Pod selekciou sa rozumie aj proces zmeny živých organizmov, ktorý človek vykonáva pre svoje potreby.

Pokrok v biológii úzko súvisí s úspechmi iných prírodných a exaktných vied, akými sú fyzika, chémia, matematika, informatika atď. Napríklad mikroskopia, ultrazvuk (ultrazvuk), tomografia a iné metódy biológie sú založené na fyzikálnych zákonov a štúdium štruktúry biologických molekúl a procesov prebiehajúcich v živých systémoch by nebolo možné bez použitia chemických a fyzikálnych metód. Použitie matematických metód umožňuje na jednej strane identifikovať prítomnosť prirodzeného spojenia medzi objektmi alebo javmi, potvrdiť spoľahlivosť získaných výsledkov a na druhej strane modelovať jav alebo proces. V poslednej dobe sú v biológii čoraz dôležitejšie počítačové metódy, ako napríklad modelovanie. Na priesečníku biológie a iných vied vzniklo množstvo nových vied ako biofyzika, biochémia, bionika atď.

Úspechy biológie

Najvýznamnejšie udalosti v oblasti biológie, ktoré ovplyvnili celý priebeh jej ďalšieho vývoja, sú: ustanovenie molekulárnej štruktúry DNA a jej úloha pri prenose informácií v živej hmote (F. Crick, J. Watson, M. Wilkins); dešifrovanie genetického kódu (R. Holley, H. G. Korana, M. Nirenberg); objav génovej štruktúry a genetickej regulácie syntézy proteínov (A. M. Ľvov, F. Jacob, J. L. Monod a i.); formulácia bunkovej teórie (M. Schleiden, T. Schwann, R. Virchow, K. Baer); štúdium vzorcov dedičnosti a variability (G. Mendel, H. de Vries, T. Morgan atď.); formulovanie princípov modernej systematiky (C. Linné), evolučnej teórie (C. Darwin) a doktríny biosféry (V. I. Vernadskij).

„choroba šialených kráv“ (prióny).

Práca na programe ľudského genómu, ktorý prebiehal súčasne v niekoľkých krajinách a bol ukončený na začiatku tohto storočia, nás priviedol k pochopeniu, že ľudia majú asi 25–30 tisíc génov, ale informácie z väčšiny našej DNA sa nikdy neprečítajú. , keďže obsahuje obrovské množstvo oblastí a génov kódujúcich vlastnosti, ktoré pre človeka stratili význam (chvost, ochlpenie tela atď.). Okrem toho sa podarilo rozlúštiť množstvo génov zodpovedných za vývoj dedičných chorôb, ako aj cieľové gény liečiv. Praktická aplikácia výsledkov získaných pri realizácii tohto programu sa však odkladá, kým sa nepodarí rozlúštiť genómy značného počtu ľudí, a potom sa ukáže, aké sú ich rozdiely. Tieto ciele boli stanovené pre množstvo popredných laboratórií po celom svete, ktoré pracujú na implementácii programu ENCODE.

Biologický výskum je základom medicíny, farmácie a má široké využitie v poľnohospodárstve a lesníctve, potravinárstve a iných odvetviach ľudskej činnosti.

Je dobre známe, že až „zelená revolúcia“ v 50. rokoch umožnila aspoň čiastočne vyriešiť problém zásobovania rýchlo rastúcej populácie Zeme potravinami a krmivom pre dobytok zavedením nových odrôd rastlín a vyspelých technológií. na ich pestovanie. Vzhľadom na to, že geneticky naprogramované vlastnosti poľnohospodárskych plodín sú už takmer vyčerpané, je ďalšie riešenie potravinového problému spojené s plošným zavádzaním geneticky modifikovaných organizmov do produkcie.

Výroba mnohých potravinárskych výrobkov, ako sú syry, jogurty, údeniny, pečivo atď., je tiež nemožná bez použitia baktérií a plesní, čo je predmetom biotechnológie.

Poznanie podstaty patogénov, procesov mnohých chorôb, mechanizmov imunity, zákonitostí dedičnosti a variability umožnilo výrazne znížiť úmrtnosť a dokonca úplne vyhubiť množstvo chorôb, ako sú napríklad kiahne. Pomocou najnovších výdobytkov biologickej vedy sa rieši aj problém ľudskej reprodukcie.

Značná časť moderných liekov je vyrábaná na báze prírodných surovín, ako aj vďaka úspechom genetického inžinierstva, ako je napríklad inzulín, tak potrebný pre pacientov s cukrovkou, je syntetizovaný najmä baktériami, na ktoré zodpovedajúci gén bol prenesený.

Biologický výskum je nemenej dôležitý pre zachovanie životného prostredia a diverzity živých organizmov, ktorých hrozba vyhynutia spochybňuje existenciu ľudstva.

Metódy poznávania živej prírody

Ako každá iná veda, aj biológia má svoj vlastný arzenál metód. Popri vedeckej metóde poznávania využívanej v iných oblastiach sa v biológii hojne využívajú metódy ako historické, komparatívne-deskriptívne a pod.

Vedecká metóda poznávania zahŕňa pozorovanie, formulovanie hypotéz, experiment, modelovanie, analýzu výsledkov a odvodzovanie všeobecných vzorcov.

Pozorovanie- ide o cieľavedomé vnímanie predmetov a javov pomocou zmyslov alebo nástrojov, určené úlohou činnosti. Hlavnou podmienkou vedeckého pozorovania je jeho objektivita, teda schopnosť overiť si údaje získané opakovaným pozorovaním alebo využitím iných výskumných metód, napríklad experimentu. Fakty získané ako výsledok pozorovania sa nazývajú údajov. Môžu byť ako kvalitu(popisuje vôňu, chuť, farbu, tvar atď.), a kvantitatívne a kvantitatívne údaje sú presnejšie ako kvalitatívne údaje.

Na základe pozorovacích údajov je formulovaný hypotéza- domnelý úsudok o prirodzenej súvislosti javov. Hypotéza je testovaná v sérii experimentov. Pokus sa nazýva vedecky vedený experiment, pozorovanie skúmaného javu za kontrolovaných podmienok, umožňujúce identifikovať charakteristiky daného objektu alebo javu. Najvyššia forma experimentu je modelovanie- štúdium akýchkoľvek javov, procesov alebo systémov objektov konštruovaním a štúdiom ich modelov. V podstate ide o jednu z hlavných kategórií teórie poznania: každá metóda vedeckého výskumu, teoretická aj experimentálna, je založená na myšlienke modelovania.

Výsledky experimentov a simulácií podliehajú dôkladnej analýze. Analýza nazývaná metóda vedeckého výskumu rozkladom objektu na jeho jednotlivé časti alebo mentálnym rozkúskovaním objektu prostredníctvom logickej abstrakcie. Analýza je neoddeliteľne spojená so syntézou. Syntéza je metóda štúdia predmetu v jeho celistvosti, v jednote a prepojení jeho častí. Výsledkom analýzy a syntézy sa stáva najúspešnejšia výskumná hypotéza pracovná hypotéza, a ak odolá pokusom o jej vyvrátenie a stále úspešne predpovedá predtým nevysvetlené fakty a vzťahy, potom sa môže stať teóriou.

Pod teória rozumieť forme vedeckého poznania, ktoré poskytuje holistickú predstavu o vzorcoch a základných súvislostiach reality. Všeobecným smerom vedeckého výskumu je dosiahnuť vyššiu úroveň predvídateľnosti. Ak žiadne fakty nemôžu zmeniť teóriu a odchýlky od nej, ktoré sa vyskytujú, sú pravidelné a predvídateľné, potom ju možno povýšiť na úroveň zákona- nevyhnutný, podstatný, stabilný, opakujúci sa vzťah medzi javmi v prírode.

S narastajúcim množstvom poznatkov a zdokonaľovaním výskumných metód možno hypotézy a osvedčené teórie spochybňovať, upravovať a dokonca odmietať, keďže samotné vedecké poznatky sú svojou povahou dynamické a neustále podliehajú kritickej reinterpretácii.

Historická metóda odhaľuje zákonitosti vzhľadu a vývoja organizmov, formovanie ich štruktúry a funkcie. V mnohých prípadoch pomocou tejto metódy získavajú nový život hypotézy a teórie, ktoré boli predtým považované za falošné. To sa napríklad stalo s predpokladmi Charlesa Darwina o povahe prenosu signálu v rastline v reakcii na vplyvy prostredia.

Porovnávacia-deskriptívna metóda zabezpečuje anatomickú a morfologickú analýzu výskumných objektov. Je základom klasifikácie organizmov, identifikácie vzorcov vzniku a vývoja rôznych foriem života.

Monitorovanie je systém opatrení na pozorovanie, hodnotenie a predpovedanie zmien stavu skúmaného objektu, najmä biosféry.

Vykonávanie pozorovaní a experimentov si často vyžaduje použitie špeciálneho vybavenia, ako sú mikroskopy, centrifúgy, spektrofotometre atď.

Mikroskopia je široko používaná v zoológii, botanike, ľudskej anatómii, histológii, cytológii, genetike, embryológii, paleontológii, ekológii a ďalších oblastiach biológie. Umožňuje študovať jemnú štruktúru predmetov pomocou svetelných, elektrónových, röntgenových a iných typov mikroskopov.

Zariadenie svetelného mikroskopu. Svetelný mikroskop pozostáva z optickej a mechanickej časti. Prvý obsahuje okulár, objektívy a zrkadlo a druhý obsahuje tubus, statív, základňu, stolík a skrutku.

Celkové zväčšenie mikroskopu je určené vzorcom:

zväčšenie šošovky $×$ zväčšenie okuláru $-$ zväčšenie mikroskopu.

Napríklad, ak šošovka zväčší objekt o 8 $ a okulár o 7 $, celkové zväčšenie mikroskopu je 56 $.

Diferenciálna centrifugácia, alebo frakcionácia, umožňuje oddeľovať častice podľa ich veľkosti a hustoty pod vplyvom odstredivej sily, ktorá sa aktívne využíva pri štúdiu štruktúry biologických molekúl a buniek.

Arzenál biologických metód sa neustále aktualizuje a v súčasnosti je takmer nemožné ho úplne pokryť. Preto niektoré metódy používané v jednotlivých biologických vedách rozoberieme nižšie.

Úloha biológie pri formovaní moderného prírodovedného obrazu sveta

V štádiu svojho formovania biológia ešte neexistovala oddelene od iných prírodných vied a obmedzovala sa len na pozorovanie, štúdium, opis a klasifikáciu predstaviteľov živočíšneho a rastlinného sveta, t. j. bola to deskriptívna veda. To však nebránilo starovekým prírodovedcom Hippokratovi (asi 460 – 377 pred Kr.), Aristotelovi (384 – 322 pred Kr.) a Theophrastovi (vlastným menom Tirtham, 372 – 287 pred Kr.) výrazne prispieť k rozvoju tzv. predstavy o stavbe ľudského tela a zvierat, ako aj o biologickej diverzite zvierat a rastlín, čím sa položili základy ľudskej anatómie a fyziológie, zoológie a botaniky.

Prehlbovanie poznatkov o živej prírode a systematizácia predtým nahromadených faktov, ku ktorej došlo v 16.–18. storočí, vyvrcholila zavedením binárneho názvoslovia a vytvorením harmonickej taxonómie rastlín (C. Linné) a živočíchov (J. B. Lamarck ).

Opis značného počtu druhov s podobnými morfologickými charakteristikami, ako aj paleontologické nálezy sa stali predpokladmi pre rozvoj predstáv o pôvode druhov a cestách historického vývoja organického sveta. Experimenty F. Rediho, L. Spallanzaniho a L. Pasteura v 17. – 19. storočí teda vyvrátili Aristotelom presadzovanú a v stredoveku prevládajúcu hypotézu spontánneho generovania a teóriu biochemickej evolúcie A. I. Oparina resp. J. Haldane, brilantne potvrdený S. Millerom a G. Yurim, nám umožnil odpovedať na otázku o pôvode všetkého živého.

Ak proces vzniku živých vecí z neživých zložiek a ich evolúcia samy o sebe už nevzbudzujú pochybnosti, potom mechanizmy, cesty a smery historického vývoja organického sveta stále nie sú úplne pochopené, pretože ani jeden z nich hlavné konkurenčné teórie evolúcie (syntetická evolučná teória vytvorená na základe teórie C. Darwina a teória J. B. Lamarcka) stále nemôžu poskytnúť vyčerpávajúce dôkazy.

Využitie mikroskopie a iných metód príbuzných vied vďaka pokroku v oblasti iných prírodných vied, ako aj zavedením experimentálnej praxe umožnilo nemeckým vedcom T. Schwannovi a M. Schleidenovi sformulovať bunkovú teóriu už v r. 19. storočia, neskôr doplnený R. Virchowom a K. Baerom. Stalo sa najdôležitejším zovšeobecnením v biológii, ktoré tvorilo základný kameň moderných predstáv o jednote organického sveta.

Objav zákonitostí prenosu dedičných informácií českým mníchom G. Mendelom poslúžil ako impulz pre ďalší prudký rozvoj biológie v 20.–21. storočí a viedol nielen k objavu univerzálneho nositeľa dedičnosti – DNA, ale aj genetický kód, ako aj základné mechanizmy kontroly, čítania a variability dedičnej informácie .

Rozvoj myšlienok o životnom prostredí viedol k vzniku takej vedy, ako je ekológia a formulácia učenie o biosfére ako komplexný viaczložkový planetárny systém vzájomne prepojených obrovských biologických komplexov, ako aj chemických a geologických procesov prebiehajúcich na Zemi (V.I.Vernadskij), čo v konečnom dôsledku umožňuje aspoň v malej miere znižovať negatívne dôsledky hospodárskej činnosti človeka.

Biológia teda zohrala dôležitú úlohu pri formovaní moderného prírodovedného obrazu sveta.

Úroveň organizácie a vývoja. Hlavné úrovne organizácie živej prírody: bunková, organizmová, populačno-druhová, biogeocenotická, biosféra. Biologické systémy. Všeobecné charakteristiky biologických systémov: bunková štruktúra, vlastnosti chemického zloženia, metabolizmus a premena energie, homeostáza, dráždivosť, pohyb, rast a vývoj, rozmnožovanie, evolúcia

Úroveň organizácie a vývoja

Živá príroda nie je homogénna formácia ako kryštál, ale je reprezentovaná nekonečnou rozmanitosťou svojich základných objektov (v súčasnosti je popísaných asi 2 milióny druhov organizmov). Táto diverzita zároveň nie je dôkazom chaosu, ktorý v nej vládne, pretože organizmy majú bunkovú štruktúru, organizmy rovnakého druhu tvoria populácie, všetky populácie žijúce na jednom kúsku zeme alebo vody tvoria spoločenstvá a v interakcii s telami neživej prírody tvoria biogeocenózy, ktoré zase tvoria biosféru.

Živá príroda je teda systém, ktorého zložky môžu byť usporiadané v prísnom poradí: od nižšieho po vyššie. Tento princíp organizácie umožňuje rozlíšiť jednotlivca úrovne a poskytuje komplexné pochopenie života ako prírodného javu. Na každej úrovni organizácie je určená elementárna jednotka a elementárny jav. Ako elementárna jednotka uvažovať o štruktúre alebo objekte, v ktorých zmeny predstavujú príspevok špecifický na zodpovedajúcej úrovni k procesu zachovania a rozvoja života, pričom táto zmena sama o sebe je elementárny jav.

Vytvorenie takejto viacúrovňovej štruktúry nemohlo nastať okamžite - je to výsledok miliárd rokov historického vývoja, počas ktorého dochádzalo k progresívnej komplikácii foriem života: od komplexov organických molekúl po bunky, od buniek po organizmy, Po vytvorení si táto štruktúra zachováva svoju existenciu vďaka zložitému regulačnému systému a pokračuje vo vývoji a na každej úrovni organizácie živej hmoty dochádza k zodpovedajúcim evolučným transformáciám.

Hlavné úrovne organizácie živej prírody: bunková, organizmová, populačno-druhová, biogeocenotická, biosféra

V súčasnosti existuje niekoľko hlavných úrovní organizácie živej hmoty: bunková, organizmová, populačno-druhová, biogeocenotická a biosféra.

Bunková úroveň

Hoci prejavy niektorých vlastností živých organizmov sú už spôsobené interakciou biologických makromolekúl (bielkoviny, nukleové kyseliny, polysacharidy atď.), jednotkou štruktúry, funkcií a vývoja živých organizmov je bunka, ktorá je schopná niesť a prepojenie procesov implementácie a prenosu dedičných informácií s metabolizmom a premenou energie, čím sa zabezpečí fungovanie vyšších úrovní organizácie. Základnou jednotkou bunkovej úrovne organizácie je bunka a elementárnym javom sú reakcie bunkového metabolizmu.

Organizačná úroveň

Organizmus je ucelený systém schopný samostatnej existencie. Podľa počtu buniek, ktoré tvoria organizmy, sa delia na jednobunkové a mnohobunkové. Bunková úroveň organizácie v jednobunkových organizmoch (améba vulgaris, zelená euglena atď.) sa zhoduje s organizmovou úrovňou. V dejinách Zeme bolo obdobie, keď boli všetky organizmy zastúpené len jednobunkovými formami, ktoré však zabezpečovali fungovanie biogeocenóz aj biosféry ako celku. Väčšina mnohobunkových organizmov je reprezentovaná súborom tkanív a orgánov, ktoré majú zase bunkovú štruktúru. Orgány a tkanivá sú prispôsobené na vykonávanie špecifických funkcií. Elementárnou jednotkou tejto úrovne je jedinec vo svojom individuálnom vývoji, prípadne ontogenéze, preto sa organizačná úroveň nazýva aj tzv. ontogenetické. Elementárnym javom na tejto úrovni sú zmeny v organizme v jeho individuálnom vývoji.

Populačno-druhová úroveň

Populácia- ide o súbor jedincov toho istého druhu, ktorí sa navzájom voľne krížia a žijú oddelene od iných podobných skupín jedincov.

V populáciách dochádza k voľnej výmene dedičných informácií a ich prenosu na potomkov. Populácia je elementárna jednotka populačno-druhovej úrovne a elementárnym javom sú v tomto prípade evolučné premeny, akými sú mutácie a prirodzený výber.

Biogeocenotická úroveň

Biogeocenóza je historicky etablované spoločenstvo populácií rôznych druhov, vzájomne prepojených s prostredím látkovou premenou a energiou.

Biogeocenózy sú základné systémy, v ktorých dochádza k materiálovému a energetickému cyklu, ktorý je určený životne dôležitou činnosťou organizmov. Samotné biogeocenózy sú elementárne jednotky danej úrovne, pričom elementárne javy sú toky energie a cykly látok v nich. Biogeocenózy tvoria biosféru a určujú všetky procesy, ktoré sa v nej vyskytujú.

Úroveň biosféry

Biosféra- obal Zeme obývaný živými organizmami a nimi premieňaný.

Biosféra je najvyššia úroveň organizácie života na planéte. Tento obal pokrýva spodnú časť atmosféry, hydrosféru a hornú vrstvu litosféry. Biosféra, rovnako ako všetky ostatné biologické systémy, je dynamická a aktívne ju premieňajú živé bytosti. Sama o sebe je elementárnou jednotkou na úrovni biosféry a za elementárny jav sa považujú procesy obehu látok a energie, ktoré sa vyskytujú za účasti živých organizmov.

Ako bolo uvedené vyššie, každá z úrovní organizácie živej hmoty prispieva k jedinému evolučnému procesu: v bunke sa nielen reprodukuje vložená dedičná informácia, ale dochádza aj k jej zmene, čo vedie k vzniku nových kombinácií vlastnosti a vlastnosti organizmu, ktoré zase podliehajú pôsobeniu prirodzeného výberu na populačno-druhovej úrovni atď.

Biologické systémy

Biologické objekty rôzneho stupňa zložitosti (bunky, organizmy, populácie a druhy, biogeocenózy a samotná biosféra) sa v súčasnosti považujú za biologické systémy.

Systém je jednota konštrukčných komponentov, ktorých interakcia dáva vznikať novým vlastnostiam v porovnaní s ich mechanickou úplnosťou. Organizmy sa teda skladajú z orgánov, orgány sú tvorené tkanivami a tkanivá tvoria bunky.

Charakteristickými znakmi biologických systémov sú ich integrita, princíp úrovne organizácie, ako je uvedené vyššie, a otvorenosť. Integrita biologických systémov sa vo veľkej miere dosahuje samoreguláciou fungujúcou na princípe spätnej väzby.

TO otvorené systémy zahŕňajú systémy, medzi ktorými dochádza k výmene látok, energie a informácií medzi nimi a prostredím, napríklad rastliny v procese fotosyntézy zachytávajú slnečné svetlo a absorbujú vodu a oxid uhličitý, pričom uvoľňujú kyslík.

Všeobecné charakteristiky biologických systémov: bunková štruktúra, vlastnosti chemického zloženia, metabolizmus a premena energie, homeostáza, dráždivosť, pohyb, rast a vývoj, rozmnožovanie, evolúcia

Biologické systémy sa líšia od tiel neživej prírody súborom znakov a vlastností, z ktorých hlavné sú bunková štruktúra, chemické zloženie, metabolizmus a premena energie, homeostáza, dráždivosť, pohyb, rast a vývoj, rozmnožovanie a evolúcia.

Základnou stavebnou a funkčnou jednotkou živej veci je bunka. Dokonca aj vírusy, ktoré patria k nebunkovým formám života, nie sú schopné samoreprodukcie mimo buniek.

Existujú dva typy bunkovej štruktúry: prokaryotické A eukaryotické. Prokaryotické bunky nemajú vytvorené jadro, ich genetická informácia je sústredená v cytoplazme. Medzi prokaryoty patria predovšetkým baktérie. Genetická informácia v eukaryotických bunkách je uložená v špeciálnej štruktúre – jadre. Eukaryoty zahŕňajú rastliny, živočíchy a huby. Ak sú v jednobunkových organizmoch všetky prejavy života vlastné bunke, potom v mnohobunkových organizmoch dochádza k špecializácii bunky.

V živých organizmoch sa nenachádza jediný chemický prvok, ktorý by neexistoval v neživej prírode, no ich koncentrácie sa v prvom a druhom prípade výrazne líšia. V živej prírode prevládajú prvky ako uhlík, vodík a kyslík, ktoré sú súčasťou organických zlúčenín, kým pre neživú prírodu sú charakteristické najmä anorganické látky. Najdôležitejšími organickými zlúčeninami sú nukleové kyseliny a bielkoviny, ktoré zabezpečujú samoreprodukciu a samoudržiavanie, ale žiadna z týchto látok nie je nositeľkou života, keďže ani jednotlivo, ani v skupine nie sú schopné sebareprodukcie - to si vyžaduje integrálny komplex molekúl a štruktúr, ktorým je bunka.

Všetky živé systémy vrátane buniek a organizmov sú otvorené systémy. Avšak na rozdiel od neživej prírody, kde dochádza najmä k prenosu látok z jedného miesta na druhé alebo k zmene ich stavu agregácie, živé bytosti sú schopné chemickej premeny spotrebovaných látok a využitia energie. Metabolizmus a premena energie sú spojené s procesmi, ako je výživa, dýchanie a vylučovanie.

Pod jedlo zvyčajne rozumieme vstup do organizmu, trávenie a asimiláciu látok potrebných na doplnenie energetických zásob a stavbu tela tela. Podľa spôsobu výživy sa všetky organizmy delia na autotrofy A heterotrofy.

Autotrofy- sú to organizmy, ktoré sú schopné syntetizovať organické látky z anorganických.

Heterotrofy- Sú to organizmy, ktoré konzumujú hotové organické látky na potravu. Autotrofy sa delia na fotoautotrofy a chemoautotrofy. Fotoautotrofy využiť energiu slnečného žiarenia na syntézu organických látok. Proces premeny svetelnej energie na energiu chemických väzieb organických zlúčenín je tzv fotosyntéza. Prevažná väčšina rastlín a niektoré baktérie (napríklad sinice) sú fotoautotrofy. Vo všeobecnosti fotosyntéza nie je veľmi produktívny proces, v dôsledku čoho je väčšina rastlín nútená viesť pripútaný životný štýl. Chemoautotrofy extrahovať energiu na syntézu organických zlúčenín z anorganických zlúčenín. Tento proces sa nazýva chemosyntéza. Typickými chemoautotrofmi sú niektoré baktérie, vrátane sírnych baktérií a železitých baktérií.

Zvyšné organizmy – živočíchy, huby a prevažná väčšina baktérií – sú heterotrofy.

Dýchanie je proces rozkladu organických látok na jednoduchšie, pri ktorom sa uvoľňuje energia potrebná na udržanie života organizmov.

Rozlišovať aeróbne dýchanie, vyžadujúce kyslík a anaeróbne, vyskytujúce sa bez účasti kyslíka. Väčšina organizmov sú aeróby, hoci anaeróby sa nachádzajú aj medzi baktériami, hubami a zvieratami. Pri kyslíkovom dýchaní sa zložité organické látky môžu rozložiť na vodu a oxid uhličitý.

Vylučovanie zvyčajne znamená odstraňovanie z tela konečných produktov metabolizmu a prebytku rôznych látok (voda, soli atď.) prijatých z potravy alebo v nej vytvorených. Procesy vylučovania sú obzvlášť intenzívne u zvierat, zatiaľ čo rastliny sú mimoriadne ekonomické.

Vďaka látkovej premene a energii je zabezpečený vzťah organizmu s okolím a udržiavaná homeostáza.

Homeostáza- je to schopnosť biologických systémov odolávať zmenám a udržiavať relatívnu stálosť chemického zloženia, štruktúry a vlastností, ako aj zabezpečiť stálosť fungovania v meniacich sa podmienkach prostredia. Prispôsobenie sa meniacim sa podmienkam prostredia sa nazýva adaptácia.

Podráždenosť- je to univerzálna vlastnosť živých organizmov reagovať na vonkajšie a vnútorné vplyvy, čo je základom adaptácie organizmu na podmienky prostredia a ich prežitia. Reakcia rastlín na zmeny vonkajších podmienok spočíva napríklad v otáčaní listových čepelí smerom k svetlu a u väčšiny živočíchov má zložitejšie formy, ktoré sú reflexného charakteru.

Pohyb- integrálna vlastnosť biologických systémov. Prejavuje sa nielen vo forme pohybu tiel a ich častí v priestore, napríklad v reakcii na podráždenie, ale aj v procese rastu a vývoja.

Nové organizmy, ktoré sa objavujú v dôsledku reprodukcie, nedostávajú od svojich rodičov hotové vlastnosti, ale určité genetické programy, možnosť rozvoja určitých vlastností. Táto dedičná informácia sa realizuje počas individuálneho vývoja. Individuálny vývoj sa spravidla prejavuje v kvantitatívnych a kvalitatívnych zmenách v tele. Kvantitatívne zmeny v tele sa nazývajú rast. Prejavujú sa napríklad v podobe zväčšovania hmotnosti a lineárnych rozmerov organizmu, ktorý je založený na rozmnožovaní molekúl, buniek a iných biologických štruktúr.

Vývoj organizmu- ide o výskyt kvalitatívnych rozdielov v štruktúre, komplikácie funkcií atď., Ktorý je založený na diferenciácii buniek.

Rast organizmov môže pokračovať počas celého života alebo sa môže skončiť v určitej špecifickej fáze. V prvom prípade hovoríme o neobmedzené, alebo otvorený rast. Je charakteristická pre rastliny a huby. V druhom prípade sa zaoberáme obmedzené, alebo uzavretý rast, charakteristický pre zvieratá a baktérie.

Trvanie existencie jednotlivej bunky, organizmu, druhu a iných biologických systémov je časovo obmedzené najmä vplyvom faktorov prostredia, preto je potrebná neustála reprodukcia týchto systémov. Reprodukcia buniek a organizmov je založená na procese samoduplikácie molekúl DNA. Rozmnožovanie organizmov zabezpečuje existenciu druhu a rozmnožovanie všetkých druhov obývajúcich Zem zabezpečuje existenciu biosféry.

Dedičnosť nazývame prenos charakteristík rodičovských foriem v priebehu niekoľkých generácií.

Ak by sa však charakteristiky zachovali počas reprodukcie, prispôsobenie sa meniacim sa podmienkam prostredia by nebolo možné. V tomto ohľade sa objavila vlastnosť opačná k dedičnosti - variabilita.

Variabilita- ide o možnosť osvojenia si nových vlastností a vlastností počas života, čo zabezpečuje evolúciu a prežitie tých najviac prispôsobených druhov.

Evolúcia je nezvratný proces historického vývoja živých vecí.

Je založená na progresívne rozmnožovanie, dedičná variabilita, boj o existenciu A prirodzený výber. Pôsobenie týchto faktorov viedlo k obrovskej rozmanitosti foriem života prispôsobených rôznym podmienkam prostredia. Postupná evolúcia prešla viacerými štádiami: predbunkové formy, jednobunkové organizmy, čoraz zložitejšie mnohobunkové organizmy až po človeka.

Genetika, jej úlohy. Dedičnosť a variabilita sú vlastnosti organizmov. Genetické metódy. Základné genetické pojmy a symbolika. Chromozomálna teória dedičnosti. Moderné predstavy o géne a genóme

Genetika, jej úlohy

Pokrok v prírodných vedách a bunkovej biológii v 18. – 19. storočí umožnil viacerým vedcom predpokladať existenciu určitých dedičných faktorov, ktoré podmieňujú napríklad vznik dedičných chorôb, no tieto predpoklady neboli podložené relevantnými dôkazmi. Dokonca aj teória intracelulárnej pangenézy formulovaná H. de Vriesom v roku 1889, ktorá predpokladala existenciu určitých „pangénov“ v bunkovom jadre, ktoré určujú dedičné sklony organizmu, a uvoľňovanie do protoplazmy len tých z nich, ktoré určujú typu bunky, nemohli situáciu zmeniť, rovnako ako teória „zárodočnej plazmy“ od A. Weissmana, podľa ktorej sa vlastnosti získané v procese ontogenézy nededia.

Až práce českého bádateľa G. Mendela (1822–1884) sa stali základným kameňom modernej genetiky. No napriek tomu, že jeho práce boli citované vo vedeckých publikáciách, jeho súčasníci im nevenovali pozornosť. A až znovuobjavenie vzorcov nezávislej dedičnosti tromi vedcami naraz – E. Chermakom, K. Corrensom a H. de Vriesom – prinútilo vedeckú komunitu obrátiť sa na pôvod genetiky.

genetika je veda, ktorá študuje zákonitosti dedičnosti a premenlivosti a metódy ich zvládania.

Úlohy genetiky v súčasnej fáze je štúdium kvalitatívnych a kvantitatívnych charakteristík dedičného materiálu, analýza štruktúry a fungovania genotypu, dešifrovanie jemnej štruktúry génu a metódy regulácie génovej aktivity, hľadanie génov, ktoré spôsobujú vývoj dedičnosti človeka. choroby a metódy ich „opravy“, vytvorenie novej generácie liekov podľa vakcín typu DNA, konštrukcia organizmov s využitím genetického a bunkového inžinierstva s novými vlastnosťami, ktoré by mohli produkovať lieky a potravinové produkty potrebné pre ľudí, ako aj ako úplné rozlúštenie ľudského genómu.

Dedičnosť a premenlivosť - vlastnosti organizmov

Dedičnosť je schopnosť organizmov prenášať svoje vlastnosti a vlastnosti v priebehu niekoľkých generácií.

Variabilita- schopnosť organizmov nadobúdať počas života nové vlastnosti.

Známky- sú to akékoľvek morfologické, fyziologické, biochemické a iné vlastnosti organizmov, ktorými sa niektoré z nich líšia od iných, napríklad farba očí. Vlastnosti nazývané aj akékoľvek funkčné vlastnosti organizmov, ktoré sú založené na určitej štruktúrnej charakteristike alebo skupine elementárnych charakteristík.

Charakteristiky organizmov možno rozdeliť na kvalitu A kvantitatívne. Kvalitatívne znaky majú dva alebo tri kontrastné prejavy, ktoré sa nazývajú alternatívne znaky, napríklad modré a hnedé farby očí, zatiaľ čo kvantitatívne (dojivosť kráv, úroda pšenice) nemajú jasne definované rozdiely.

Hmotným nositeľom dedičnosti je DNA. U eukaryotov existujú dva typy dedičnosti: genotypový A cytoplazmatický. Nositelia genotypovej dedičnosti sú lokalizovaní v jadre a budú diskutované ďalej, zatiaľ čo nosičmi cytoplazmatickej dedičnosti sú kruhové molekuly DNA lokalizované v mitochondriách a plastidoch. Cytoplazmatická dedičnosť sa prenáša hlavne s vajíčkom, preto sa nazýva aj tzv materská.

Malé množstvo génov je lokalizovaných v mitochondriách ľudských buniek, ale ich zmeny môžu mať významný vplyv na vývoj organizmu, vedú napríklad k rozvoju slepoty alebo postupnému znižovaniu pohyblivosti. Plastidy zohrávajú v živote rastlín rovnako dôležitú úlohu. V niektorých oblastiach listu sa teda môžu vyskytovať bunky bez chlorofylu, čo vedie na jednej strane k zníženiu produktivity rastlín a na druhej strane sú takéto pestré organizmy cenené v dekoratívnych záhradných úpravách. Takéto exempláre sa rozmnožujú hlavne asexuálne, pretože sexuálna reprodukcia často produkuje obyčajné zelené rastliny.

Genetické metódy

1. Hybridologická metóda alebo metóda kríženia pozostáva z výberu rodičovských jedincov a analýzy potomstva. V tomto prípade sa genotyp organizmu posudzuje podľa fenotypových prejavov génov u potomkov získaných prostredníctvom určitej schémy kríženia. Ide o najstaršiu informatívnu metódu genetiky, ktorú najplnšie prvýkrát použil G. Mendel v kombinácii so štatistickou metódou. Táto metóda nie je z etických dôvodov použiteľná v ľudskej genetike.

2. Cytogenetická metóda je založená na štúdiu karyotypu: počtu, tvaru a veľkosti chromozómov organizmu. Štúdium týchto znakov nám umožňuje identifikovať rôzne vývojové patológie.

3. Biochemická metóda umožňuje určiť obsah rôznych látok v organizme, najmä ich nadbytok alebo nedostatok, ako aj aktivitu množstva enzýmov.

4. Molekulárne genetické metódy sú zamerané na identifikáciu variácií v štruktúre a dešifrovanie primárnej nukleotidovej sekvencie študovaných úsekov DNA. Umožňujú identifikovať gény pre dedičné choroby aj v embryách, určiť otcovstvo atď.

5. Populačná štatistická metóda umožňuje určiť genetické zloženie populácie, frekvenciu niektorých génov a genotypov, genetickú záťaž a tiež načrtnúť perspektívy vývoja populácie.

6. Metóda hybridizácie somatických buniek v kultúre umožňuje určiť lokalizáciu určitých génov v chromozómoch počas fúzie buniek rôznych organizmov, napríklad myši a škrečka, myši a človeka atď.

Základné genetické pojmy a symbolika

Gene- je to úsek molekuly DNA alebo chromozómu, ktorý nesie informáciu o určitom znaku alebo vlastnosti organizmu.

Niektoré gény môžu ovplyvniť prejav viacerých vlastností naraz. Tento jav sa nazýva pleiotropia. Napríklad gén, ktorý spôsobuje vývoj dedičnej choroby arachnodaktýlie (pavúčie prsty), tiež spôsobuje zakrivenie šošovky a patológie mnohých vnútorných orgánov.

Každý gén zaberá presne definované miesto na chromozóme - lokus. Keďže v somatických bunkách väčšiny eukaryotických organizmov sú chromozómy párové (homologické), každý z párových chromozómov obsahuje jednu kópiu génu zodpovedného za určitú vlastnosť. Takéto gény sú tzv alelický.

Alelické gény najčastejšie existujú v dvoch verziách – dominantnej a recesívnej. Dominantný nazývaná alela, ktorá sa prejavuje bez ohľadu na to, ktorý gén sa nachádza na druhom chromozóme a potláča vývoj znaku kódovaného recesívnym génom. Dominantné alely sa zvyčajne označujú veľkými písmenami latinskej abecedy (A, B, C atď.) a recesívne alely sa označujú malými písmenami (a, b, c atď.). recesívne alely môžu byť vyjadrené iba vtedy, ak obsadzujú lokusy na oboch párových chromozómoch.

Organizmus, ktorý má rovnaké alely na oboch homológnych chromozómoch, sa nazýva tzv homozygotný pre tento gén, príp homozygotný(AA, aa, AABB, aabb atď.), a organizmus, ktorý má na oboch homológnych chromozómoch rôzne varianty génov – dominantný aj recesívny – sa nazýva tzv. heterozygotný pre tento gén, príp heterozygotný(Aa, AaBb atď.).

Množstvo génov môže mať tri alebo viac štruktúrnych variantov, napríklad krvné skupiny podľa systému AB0 sú kódované tromi alelami – I A, I B, t.j. Tento jav sa nazýva viacnásobný alelizmus. Avšak aj v tomto prípade každý chromozóm páru nesie len jednu alelu, to znamená, že v jednom organizme nemôžu byť zastúpené všetky tri génové varianty.

genóm- súbor génov charakteristických pre haploidný súbor chromozómov.

Genotyp- súbor génov charakteristických pre diploidný súbor chromozómov.

fenotyp- súbor vlastností a vlastností organizmu, ktorý je výsledkom vzájomného pôsobenia genotypu a prostredia.

Keďže organizmy sa od seba líšia v mnohých črtách, vzory ich dedičnosti možno stanoviť len analýzou dvoch alebo viacerých čŕt u potomstva. Kríženie, pri ktorom sa berie do úvahy dedičnosť a presný kvantitatívny počet potomkov podľa jedného páru alternatívnych charakteristík, sa nazýva monohybrid m, v dvoch pároch - dihybrid, podľa väčšieho počtu znakov - polyhybrid.

Na základe fenotypu jedinca nie je vždy možné určiť jeho genotyp, pretože tak organizmus homozygotný pre dominantný gén (AA) ako aj heterozygotný (Aa) bude mať prejav dominantnej alely vo fenotype. Preto na kontrolu genotypu organizmu s krížovým oplodnením používajú skúšobný kríž- kríženie, pri ktorom sa skríži organizmus s dominantným znakom s jedným homozygotom pre recesívny gén. V tomto prípade organizmus homozygotný pre dominantný gén nevyvolá štiepenie u potomstva, zatiaľ čo v potomstve heterozygotných jedincov je rovnaký počet jedincov s dominantnými a recesívnymi vlastnosťami.

Na zaznamenávanie schém kríženia sa najčastejšie používajú tieto konvencie:

R (z lat. rodiča- rodičia) - rodičovské organizmy;

$♀$ (alchymistické znamenie Venuše - zrkadlo s rúčkou) - materský exemplár;

$♂$ (alchymistické znamenie Marsu - štít a kopija) - otcovský jedinec;

$×$ - značka prechodu;

F 1, F 2, F 3 atď. - hybridy prvej, druhej, tretej a nasledujúcich generácií;

F a - potomok z analyzujúceho kríženia.

Chromozomálna teória dedičnosti

Zakladateľ genetiky G. Mendel, ako aj jeho najbližší nasledovníci, nemali najmenšiu predstavu o materiálnom základe dedičných sklonov, či génov. Nemecký biológ T. Boveri a americký študent W. Satton však už v rokoch 1902–1903 nezávisle na sebe navrhli, že správanie chromozómov pri dozrievaní a oplodnení buniek umožňuje vysvetliť štiepenie dedičných faktorov podľa Mendela, t.j. Podľa ich názoru musia byť gény umiestnené na chromozómoch. Tieto predpoklady sa stali základným kameňom chromozomálnej teórie dedičnosti.

V roku 1906 anglickí genetici W. Bateson a R. Punnett zistili porušenie mendelovskej segregácie pri krížení sladkého hrášku a ich krajan L. Doncaster pri pokusoch s motýľom egrešovým motýľom objavil dedičnosť viazanú na pohlavie. Výsledky týchto experimentov boli jasne v rozpore s mendelovskými, ale ak vezmeme do úvahy, že v tom čase už bolo známe, že počet známych charakteristík experimentálnych objektov ďaleko prevyšuje počet chromozómov, čo naznačuje, že každý chromozóm nesie viac ako jeden gén, a gény jedného chromozómu sa dedia spoločne.

V roku 1910 sa začali pokusy skupiny T. Morgana na novom experimentálnom objekte – ovocnej muške Drosophila. Výsledky týchto experimentov umožnili do polovice 20. rokov 20. storočia sformulovať základné princípy chromozomálnej teórie dedičnosti, určiť poradie génov v chromozómoch a vzdialenosti medzi nimi, t.j. mapy chromozómov.

Základné ustanovenia chromozomálnej teórie dedičnosti:

Gény sú umiestnené na chromozómoch. Gény na tom istom chromozóme sa dedia spolu alebo sú spojené a nazývajú sa spojková skupina. Počet väzbových skupín sa číselne rovná haploidnej sade chromozómov.
Každý gén zaberá presne definované miesto na chromozóme – lokus.
Gény na chromozómoch sú usporiadané lineárne.
K prerušeniu génovej väzby dochádza iba v dôsledku kríženia.
Vzdialenosť medzi génmi na chromozóme je úmerná percentu kríženia medzi nimi.
Nezávislá dedičnosť je typická len pre gény na nehomologických chromozómoch.

Moderné predstavy o géne a genóme

Začiatkom 40-tych rokov dvadsiateho storočia J. Beadle a E. Tatum pri analýze výsledkov genetických štúdií uskutočnených na hube neurospora dospeli k záveru, že každý gén riadi syntézu enzýmu, a sformulovali princíp „jedného gén – jeden enzým“.

Avšak už v roku 1961 sa F. Jacobovi, J. L. Monodovi a A. Lvovovi podarilo rozlúštiť štruktúru génu E. coli a študovať reguláciu jeho aktivity. Za tento objav im bola v roku 1965 udelená Nobelova cena za fyziológiu a medicínu.

V procese výskumu sa im okrem štrukturálnych génov, ktoré riadia vývoj určitých znakov, podarilo identifikovať aj regulačné, ktorých hlavnou funkciou je prejav znakov kódovaných inými génmi.

Štruktúra prokaryotického génu.Štrukturálny gén prokaryotov má zložitú štruktúru, pretože zahŕňa regulačné oblasti a kódujúce sekvencie. Regulačné oblasti zahŕňajú promótor, operátor a terminátor. Promótor nazývaná oblasť génu, na ktorú je naviazaný enzým RNA polymeráza, ktorý zabezpečuje syntézu mRNA pri transkripcii. S operátor, umiestnený medzi promótorom a štruktúrnou sekvenciou, sa môže viazať represorový proteín, ktorý neumožňuje RNA polymeráze začať čítať dedičnú informáciu z kódujúcej sekvencie a až jej odstránenie umožňuje začať transkripciu. Štruktúra represora je zvyčajne kódovaná v regulačnom géne umiestnenom v inej časti chromozómu. Čítanie informácií končí na úseku génu tzv terminátor.

Kódovacia sekvenciaŠtrukturálny gén obsahuje informácie o sekvencii aminokyselín zodpovedajúceho proteínu. Kódujúca sekvencia u prokaryotov sa nazýva cistronóm a súhrn kódujúcich a regulačných oblastí prokaryotického génu - operón. Vo všeobecnosti prokaryoty, medzi ktoré patrí E. coli, majú relatívne malý počet génov umiestnených na jednom kruhovom chromozóme.

Cytoplazma prokaryotov môže tiež obsahovať ďalšie malé kruhové alebo otvorené molekuly DNA nazývané plazmidy. Plazmidy sú schopné integrovať sa do chromozómov a prenášať sa z jednej bunky do druhej. Môžu niesť informácie o pohlavných charakteristikách, patogenite a rezistencii na antibiotiká.

Štruktúra eukaryotického génu. Na rozdiel od prokaryotov, eukaryotické gény nemajú operónovú štruktúru, pretože neobsahujú operátor a každý štruktúrny gén je sprevádzaný iba promótorom a terminátorom. Okrem toho sú v eukaryotických génoch významné oblasti ( exóny) striedať s nevýznamnými ( intróny), ktoré sú úplne prepísané do mRNA a potom vyrezané počas ich dozrievania. Biologickou úlohou intrónov je znižovať pravdepodobnosť mutácií vo významných oblastiach. Regulácia génov v eukaryotoch je oveľa zložitejšia ako regulácia opísaná pre prokaryoty.

Ľudský genóm. V každej ľudskej bunke obsahuje 46 chromozómov asi 2 m DNA, pevne zbalené do dvojitej špirály, ktorá pozostáva z približne 3,2 $ × $ 10 9 nukleotidových párov, čo poskytuje asi 10 1900000000 možných jedinečných kombinácií. Do konca 80. rokov dvadsiateho storočia bolo známe umiestnenie približne 1 500 ľudských génov, ale ich celkový počet sa odhadoval na približne 100 tisíc, keďže len ľudia majú približne 10 tisíc dedičných chorôb, nehovoriac o množstve rôznych proteínov. obsiahnuté v bunkách.

V roku 1988 bol spustený medzinárodný projekt Human Genome, ktorý začiatkom 21. storočia skončil úplným dekódovaním nukleotidovej sekvencie. Umožnil pochopiť, že dvaja rôzni ľudia majú 99,9 % podobných nukleotidových sekvencií a len zvyšných 0,1 % určuje našu individualitu. Celkovo bolo objavených približne 30–40 tisíc štrukturálnych génov, ale potom sa ich počet znížil na 25–30 000. Medzi týmito génmi sú nielen jedinečné, ale aj stokrát a tisíckrát opakované. Tieto gény však kódujú oveľa väčší počet proteínov, napríklad desaťtisíce ochranných proteínov – imunoglobulínov.

97% nášho genómu je genetický „nevyžiadaný odpad“, ktorý existuje len preto, že sa môže dobre reprodukovať (RNA, ktorá je prepísaná v týchto oblastiach, nikdy neopustí jadro). Napríklad medzi našimi génmi nie sú len „ľudské“ gény, ale aj 60 % génov podobných génom muchy Drosophila a až 99 % našich génov je podobných šimpanzom.

Paralelne s dekódovaním genómu prebiehalo aj mapovanie chromozómov, v dôsledku čoho bolo možné nielen objaviť, ale aj určiť umiestnenie niektorých génov zodpovedných za vývoj dedičných chorôb, ako aj cieľového liečiva. génov.

Dekódovanie ľudského genómu zatiaľ neprinieslo priamy účinok, pretože sme dostali akýsi návod na zostavenie takého zložitého organizmu, akým je človek, ale nenaučili sme sa ho vyrobiť alebo aspoň opraviť chyby v ňom. Napriek tomu je už éra molekulárnej medicíny na prahu, po celom svete sa vyvíjajú takzvané génové preparáty, ktoré dokážu zablokovať, vymazať či dokonca nahradiť patologické gény u živých ľudí, a to nielen v oplodnenom vajíčku.

Nemali by sme zabúdať, že v eukaryotických bunkách je DNA obsiahnutá nielen v jadre, ale aj v mitochondriách a plastidoch. Na rozdiel od jadrového genómu má organizácia génov v mitochondriách a plastidoch veľa spoločného s organizáciou prokaryotického genómu. Napriek tomu, že tieto organely nesú menej ako 1 % bunkovej dedičnej informácie a nekódujú ani celú sadu proteínov potrebnú pre ich vlastné fungovanie, sú schopné výrazne ovplyvňovať niektoré vlastnosti tela. Pestrosť rastlín chlorofytu, brečtanu a iných je teda dedená malým počtom potomkov aj pri krížení dvoch pestrých rastlín. Je to spôsobené tým, že plastidy a mitochondrie sa prenášajú väčšinou s cytoplazmou vajíčka, preto sa takáto dedičnosť nazýva materská, alebo cytoplazmatická, na rozdiel od genotypovej, ktorá je lokalizovaná v jadre.

TEORETICKÝ MATERIÁL

BIOLÓGIA AKO VEDA. METÓDY BIOLÓGIE

Biológia - veda o živote, jeho zákonitostiach a formách prejavu, jeho existencii a rozložení v čase a priestore. Skúma pôvod života a jeho podstatu, vývoj, prepojenia a rozmanitosť. Biológia patrí medzi prírodné vedy.

Termín „biológia“ prvýkrát použil nemecký profesor anatómie T. Ruz v roku 1779. Všeobecne uznávaným sa však stal v roku 1802, keď ho vo svojich dielach začal používať francúzsky prírodovedec J.-B. Lamarck.

Moderná biológia je komplexná veda, ktorá pozostáva z množstva nezávislých vedných disciplín s vlastnými predmetmi výskumu.

BIOLOGICKÉ DISCIPLÍNY

Botanika- veda o rastlinách,

Zoológia- veda o zvieratách,

Mykológia- o hubách,

Virológia- o vírusoch,

Mikrobiológia- o baktériách.

Anatómia- veda, ktorá študuje vnútornú stavbu organizmov (jednotlivých orgánov, tkanív). Anatómia rastlín študuje štruktúru rastlín, anatómia zvierat študuje štruktúru zvierat.

Morfológia- veda skúmajúca vonkajšiu stavbu organizmov

Fyziológia- veda, ktorá študuje životne dôležité procesy tela a funkcie jednotlivých orgánov.

Hygiena- náuka o zachovaní a upevnení ľudského zdravia.

Cytológia- bunková veda.

Histológia- náuka o tkanivách.

Taxonómia- náuka o triedení živých organizmov. Klasifikácia je rozdelenie organizmov do skupín (druh, rod, čeľade atď.) na základe štruktúrnych znakov, pôvodu, vývoja atď.

Paleontológia- veda, ktorá skúma fosílne pozostatky (odtlačky, fosílie a pod.) organizmov.

Embryológia- veda, ktorá študuje individuálny (embryálny) vývoj organizmov.

Ekológia- veda, ktorá študuje vzťahy organizmov medzi sebou a s prostredím.

Etológia- náuka o správaní zvierat.

genetika- náuka o zákonitostiach dedičnosti a premenlivosti.

Výber- veda o šľachtení nových a zdokonaľovaní existujúcich plemien domácich zvierat, odrôd kultúrnych rastlín a kmeňov baktérií a húb.

Evolučná doktrína- študuje počiatky a zákonitosti historického vývoja života na Zemi.

Antropológia- náuka o vzniku a vývoji človeka.

Bunkové inžinierstvo- vedný odbor zaoberajúci sa výrobou hybridných buniek. Príkladom je hybridizácia rakovinových buniek a lymfocytov, fúzia protoplastov rôznych rastlinných buniek a klonovanie.

Genetické inžinierstvo- vedný odbor, ktorý sa zaoberá výrobou hybridných molekúl DNA alebo RNA. Ak bunkové inžinierstvo funguje na bunkovej úrovni, potom genetické inžinierstvo funguje na molekulárnej úrovni. V tomto prípade špecialisti „transplantujú“ gény jedného organizmu do druhého. Jedným z výsledkov genetického inžinierstva je produkcia geneticky modifikovaných organizmov (GMO).

Bionika- smer vo vede, ktorý hľadá možnosti uplatnenia princípov organizácie, vlastností a štruktúr živej prírody v technických zariadeniach.

Biotechnológia- odbor, ktorý študuje možnosti využitia organizmov alebo biologických procesov na získanie látok potrebných pre človeka. Biotechnologické procesy zvyčajne využívajú baktérie a huby.

VŠEOBECNÉ METÓDY BIOLÓGIE

Metóda je spôsob pochopenia reality.

1. Pozorovanie a opis.

2. Meranie

3. Porovnanie

4. Experiment alebo skúsenosť

5. Simulácia

6. Historické.

ETAPY VEDECKÉHO VÝSKUMU

Zadržané pozorovanie nad objektom alebo javom

na základe získaných údajov sa predloží hypotéza

vedecký experimentovať(so skúsenosťami s ovládaním)

hypotéza testovaná počas experimentu môže byť tzv
teória alebo podľa zákona

VLASTNOSTI ŽIVOTA

Metabolizmus a tok energie- najdôležitejšia vlastnosť živých vecí. Všetky živé organizmy prijímajú z vonkajšieho prostredia potrebné látky a uvoľňujú do neho odpadové látky.

Jednota chemického zloženia. Z chemických prvkov v živých organizmoch prevláda uhlík, kyslík, vodík a dusík. Okrem toho je najdôležitejšou vlastnosťou živých organizmov prítomnosť organických látok: tukov, sacharidov, bielkovín a nukleových kyselín.

Bunková štruktúra. Všetky organizmy sa skladajú z buniek. Len vírusy majú nebunkovú štruktúru, ale aj tie prejavujú známky života až po vstupe do hostiteľskej bunky.

Podráždenosť- schopnosť tela reagovať na vonkajšie alebo vnútorné vplyvy.

Samorozmnožovanie. Všetky živé organizmy sú schopné reprodukcie, teda reprodukcie svojho druhu. Reprodukcia organizmov prebieha v súlade s genetickým programom zaznamenaným v molekulách DNA.

Dedičnosť a variabilita.

Dedičnosť je schopnosť organizmov odovzdať svoje vlastnosti svojim potomkom. Dedičnosť zabezpečuje kontinuitu života. Variabilita je schopnosť organizmov získavať nové vlastnosti v procese ich vývoja. Dedičná variabilita je dôležitým faktorom evolúcie.

Rast a vývoj.

Rast - kvantitatívne zmeny (napríklad nárast hmotnosti).

Vývoj - kvalitatívne zmeny (napríklad tvorba orgánových sústav, kvitnutie a plodenie).

Samoregulácia - schopnosť organizmov udržiavať stálosť svojho chemického zloženia a životne dôležitých procesov - homeostázy.

Adaptácia

Rytmus - periodické zmeny intenzity fyziologických funkcií s rôznymi periódami kolísania (denné, sezónne rytmy). (Napríklad fotoperiodizmus je reakcia tela na dĺžku denného svetla).

Úrovne organizácie života

číslo úrovni	názov	Čo je reprezentované
	Biosféra	Súhrn všetkých ekosystémov planét
	Ekosystém (biogeocenotický)	Systém rôznych populácií druhov vo vzťahu k sebe navzájom a k životnému prostrediu	Savannah, tundra
	Populácia- druhov	Celkový počet populácií tvoriace druhy	Biele medvede, modré veľryby
	Organizmus	Telo ako integrálny systém	Baktérie, opice
	Bunkový	Bunka a jej štruktúrne zložky	Červené krvinky, mitochondrie, chloroplasty
	Molekulárna	Organické a anorganické látok	Bielkoviny, sacharidy; Voda, ióny soli

Testovacie úlohy vo formáte OGE

Aká veda študuje odrodovú rozmanitosť rastlín?

1)fyziológia 2)systematika 3)ekológia 4)výber

2. Či je svetlo potrebné na tvorbu škrobu v listoch zistíte pomocou

1) popisy rastlinných orgánov 2) porovnanie rastlín z rôznych prírodných zón

3) pozorovanie rastu rastlín 4) experiment fotosyntézy

3. V akej oblasti biológie bola vyvinutá bunková teória?

1) virológia 2) cytológia 3) anatómia 4) embryológia

4. Na oddelenie bunkových organel podľa hustoty si vyberiete metódu

1) pozorovanie 2) chromatografia 3) centrifugácia 4) odparovanie

5. Fotografia ukazuje model fragmentu DNA. Aká metóda umožnila vedcom vytvoriť takýto trojrozmerný obraz molekuly?

1) klasifikácia 2) experiment 3) pozorovanie 4) modelovanie

6. Na fotografii je fragment DNA s guľôčkou a tyčinkou. Aká metóda umožnila vedcom vytvoriť takýto trojrozmerný obraz molekuly?

klasifikácia 2) experiment 3) pozorovanie 4) modelovanie

7. Aká vedecká metóda ilustruje zápletku obrazu holandského umelca J. Steena „Pulse“, napísaného v polovici 17. storočia?

1) modelovanie 2) meranie 3) experiment 4) pozorovanie

8. Preštudujte si graf zobrazujúci proces rastu a vývoja hmyzu.

Určte dĺžku hmyzu na 30. deň jeho vývoja.

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

9. Ktorý z nasledujúcich vedcov je považovaný za tvorcu doktríny evolúcie?

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

10. Aká veda skúma odrodovú diverzitu rastlín?

1) fyziológia 2) taxonómia 3) ekológia 4) selekcia

11. Vyberte pár zvierat, ktorých experimenty viedli k veľkým objavom vo fyziológii zvierat a ľudí.

1) kôň a krava 2) včela a motýľ 3) pes a žaba 4) jašterica a holubica

12. V akej oblasti biológie bola vyvinutá bunková teória?

1) virológia 2) cytológia 3) anatómia 4) embryológia

13. Pomocou metódy môžete presne určiť mieru vplyvu hnojív na rast rastlín

1) experiment 2) modelovanie 3) analýza 4) pozorovanie

14. Príkladom aplikácie experimentálnej výskumnej metódy je

1) opis štruktúry nového rastlinného organizmu

2) porovnanie dvoch mikrosklíčok s rôznymi tkanivami

3) počítanie pulzu osoby pred a po cvičení

4) sformulovanie stanoviska na základe získaných faktov

15. Mikrobiológ chcel zistiť, ako rýchlo sa jeden druh baktérie množí v rôznych živných médiách. Vzal dve banky, naplnil ich do polovice rôznymi živnými médiami a umiestnil do nich približne rovnaký počet baktérií. Každých 20 minút odoberal vzorky a spočítal počet baktérií v nich. Údaje z jeho výskumu sú premietnuté do tabuľky.

Preštudujte si tabuľku „Zmena rýchlosti rozmnožovania baktérií za určitý čas“ a odpovedzte na otázky.

Zmena rýchlosti reprodukcie baktérií za určitý čas

Čas po zavedení baktérií do kultúry, min.	Počet baktérií v banke 1	Počet baktérií v banke 2

1) Koľko baktérií dal vedec do každej banky na samom začiatku experimentu?

2) Ako sa zmenila rýchlosť rozmnožovania baktérií počas experimentu v každej banke?

3) Ako môžeme vysvetliť získané výsledky?

Literatúra

Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. Biológia. Všeobecná biológia 9. ročník: učebnica. pre vzdelávacie inštitúcie. M.: Drop, 2013.

Zayats R.G., Rachkovskaya I.V., Butilovsky V.E., Davydov V.V. Biológia pre uchádzačov: otázky, odpovede, testy, úlohy - Minsk: Unipress, 2011. - 768 s.

„Vyriešim OGE“: biológia. Školiaci systém Dmitrija Gushchina [Elektronický zdroj] - URL: http:// oge.sdamgia.ru

A1 ÚLOHA BIOLÓGIE PRI TVORENÍ MODERNÉHO PRÍRODNÉHO VEDECKÉHO OBRAZU SVETA, V PRAKTICKÝCH AKTIVITÁCH ĽUDÍ.

Blok 1. Biológia ako veda. Metódy vedeckého poznania

1.1. Biológia ako veda, jej úspechy, metódy poznávania živej prírody. Úloha biológie pri formovaní moderného prírodovedného obrazu sveta.

Biológia ako veda

Biológia (z gréckeho bios - život, logos - slovo, veda) je komplex vied o živej prírode.

Termín „biológia“ sa nachádza v prácach nemeckých anatómov T. Roose (1779) a K.-F. Burdach (1800), ale až v roku 1802 ho prvýkrát samostatne použil J.-B. Lamarck a G.-R. Treviranus na označenie vedy, ktorá študuje živé organizmy.

Biologické vedy

Botanika je biologická veda, ktorá komplexne študuje rastliny a vegetačný kryt Zeme.

Zoológia - odvetvie biológie, náuka o rozmanitosti, stavbe, životnej aktivite, rozšírení a vzťahu živočíchov k prostrediu, o ich pôvode a vývoji.

Bakteriológia - biologická veda, ktorá študuje štruktúru a aktivitu baktérií, ako aj ich úlohu v prírode.

Virológia - biologická veda skúmajúca vírusy. Hlavným predmetom mykológie sú huby, ich štruktúra a vlastnosti života.

Lichenológia - biologická veda skúmajúca lišajníky. Bakteriológia, virológia a niektoré aspekty mykológie sú často považované za súčasť mikrobiológie - odbor biológie, veda o mikroorganizmoch (baktérie, vírusy a mikroskopické huby).

Systematika alebo taxonómia , je biologická veda, ktorá popisuje a zaraďuje do skupín všetky živé a vyhynuté tvory.
Každá z uvedených biologických vied sa zase delí na biochémiu, morfológiu, anatómiu, fyziológiu, embryológiu, genetiku a systematiku (rastliny, zvieratá alebo mikroorganizmy).

Biochémia je veda o chemickom zložení živej hmoty, chemických procesoch prebiehajúcich v živých organizmoch a základoch ich životnej činnosti.

Morfológia - biologická veda, ktorá študuje formu a štruktúru organizmov, ako aj zákonitosti ich vývoja. V širšom zmysle zahŕňa cytológiu, anatómiu, histológiu a embryológiu. Rozlišujte medzi morfológiou zvierat a rastlín.

Anatómia je odvetvie biológie (presnejšie morfológie), veda, ktorá študuje vnútornú stavbu a tvar jednotlivých orgánov, systémov a organizmu ako celku. Anatómia rastlín sa považuje za súčasť botaniky, anatómia zvierat za súčasť zoológie a anatómia človeka je samostatná veda.

Fyziológia - biologická veda, ktorá študuje životné procesy rastlinných a živočíšnych organizmov, ich jednotlivé systémy, orgány, tkanivá a bunky. Existuje fyziológia rastlín, zvierat a ľudí.

Embryológia (vývojová biológia) - odvetvie biológie, veda o individuálnom vývoji organizmu vrátane vývoja embrya.
Predmetom genetiky sú vzory dedičnosti a premenlivosti . V súčasnosti ide o jednu z najdynamickejšie sa rozvíjajúcich biologických vied.

Podľa úrovne organizácie skúmanej živej prírody sa rozlišuje molekulárna biológia, cytológia, histológia, organológia, biológia organizmov a superorganizmové systémy.

Molekulárna biológia je jedným z najmladších odborov biológie, vedy, ktorá študuje najmä organizáciu dedičnej informácie a biosyntézu bielkovín.

Cytológia alebo bunková biológia , je biologická veda, ktorej predmetom skúmania sú bunky jednobunkových aj mnohobunkových organizmov.

Histológia - biologická veda, odvetvie morfológie, ktorej predmetom je stavba tkanív rastlín a živočíchov.

Oblasť organológie zahŕňa morfológiu, anatómiu a fyziológiu rôznych orgánov a ich systémov .

Biológia organizmov zahŕňa všetky vedy, ktoré sa zaoberajú živými organizmami, napr.etológie - náuka o správaní organizmov.

Biológia supraorganizmových systémov sa delí na biogeografiu a ekológiu. Distribúciu živých organizmov skúma biogeografia, ekológia zasa organizáciu a fungovanie nadorganizmových systémov na rôznych úrovniach: populácie, biocenózy (spoločenstvá), biogeocenózy (ekosystémy) a biosféra.

Podľa prevládajúcich výskumných metód sa rozlišuje deskriptívna (napríklad morfológia), experimentálna (napríklad fyziológia) a teoretická biológia.

Identifikácia a vysvetlenie zákonitostí štruktúry, fungovania a vývoja živej prírody na rôznych úrovniach jej organizácie je úlohou všeobecnej biológie. Zahŕňa biochémiu, molekulárnu biológiu, cytológiu, embryológiu, genetiku, ekológiu, evolučnú vedu a antropológiu.

Evolučné vyučovanie študuje príčiny, hybné sily, mechanizmy a všeobecné zákonitosti evolúcie živých organizmov. Jedna z jeho sekcií jepaleontológie - veda, ktorej predmetom sú fosílne pozostatky živých organizmov.

Antropológia - časť všeobecnej biológie, veda o pôvode a vývoji človeka ako biologického druhu, ako aj o diverzite moderných ľudských populácií a vzorcoch ich vzájomného pôsobenia.

Aplikované aspekty biológie sú zahrnuté v oblasti biotechnológie, šľachtenia a ďalších rýchlo sa rozvíjajúcich vied.

Biotechnológia je biologická veda, ktorá študuje využitie živých organizmov a biologických procesov vo výrobe. Má široké využitie v potravinárstve (pečenie, syrárstvo, pivovarníctvo a pod.) a farmaceutickom priemysle (výroba antibiotík, vitamínov), na čistenie vody atď.

Výber - náuka o metódach vytvárania plemien domácich zvierat, odrôd kultúrnych rastlín a kmeňov mikroorganizmov s vlastnosťami potrebnými pre človeka. Pod selekciou sa rozumie aj proces zmeny živých organizmov, ktorý človek vykonáva pre svoje potreby.

BIOLOGICKÉ VEDY

Do skupiny všeobecné biologické vedy zahŕňa:

Do skupiny súkromné biologické vedy boli zlúčené:

- cytológia - bunková veda

- histológia - veda o tkanivách (skupiny buniek)

- taxonómia - vedný odbor, medzi ktorého úlohy patrí vypracovanie zásad klasifikácie živých organizmov;

- embryológia - zákonitosti individuálneho vývinu organizmov, vývin embrya.

- morfológia - veda, ktorá študuje vonkajšiu a vnútornú štruktúru živého organizmu;

- fyziológia - veda o zákonitostiach fungovania životných procesov v organizme;

- ekológia - náuka o vzťahoch živých organizmov a ich spoločenstiev medzi sebou a s prostredím;

- etológia - náuka o správaní zvierat

- genetika - veda o zákonitostiach a mechanizmoch dedičnosti a premenlivosti;

- evolučná doktrína alebo evolučná veda, je systém myšlienok a konceptov v biológii, ktoré potvrdzujú historický progresívny vývoj biosféry

- paleontológia – náuka o vyhynutých organizmoch

1) mikrobiológia - náuka o mikroorganizmoch: baktérie, mikroskopické huby a riasy, prvoky a vírusy;

2) botanika – veda o rastlinách;

mykológia (náuka o hubách), algológia (náuka o riasach), bryológia (náuka o machoch)

-3) zoológia - veda, ktorej predmetom štúdia sú predstavitelia živočíšnej ríše;

- antropológia – súbor odborov, ktoré sa zaoberajú štúdiom človeka.

Do skupiny integrované biologické vedy boli zlúčené:

- biotechnológia - súbor priemyselných metód, ktoré umožňujú využitie živých organizmov a ich častí na výrobu produktov

- výber - náuka o metódach vytvárania odrôd rastlín, plemien zvierat a kmeňov mikroorganizmov s vlastnosťami potrebnými pre človeka.

- imunológia – náuka o imunitnom (obrannom) systéme tela

Úspechy biológie

Najvýznamnejšie udalosti v oblasti biológie, ktoré ovplyvnili celý priebeh jej ďalšieho vývoja, sú:

Stanovenie molekulárnej štruktúry DNA a jej úloha pri prenose informácií v živej hmote (F. Crick, J. Watson, M. Wilkins);

Dekódovanie genetického kódu (R. Holley, H.-G. Korana, M. Nirenberg);

Objav génovej štruktúry a genetickej regulácie syntézy proteínov (A. M. Ľvov, F. Jacob, J.-L. Monod atď.);

Formulácia bunkovej teórie (M. Schleiden, T. Schwann, R. Virchow, K. Baer);

Štúdium vzorcov dedičnosti a variability (G. Mendel, G. de Vries, T. Morgan atď.);

Formulácia princípov modernej systematiky (C. Linné), evolučnej teórie (C. Darwin) a doktríny biosféry (V.I. Vernadskij).

„choroba šialených kráv“ (prióny).

Práca na programe „Ľudský genóm“, ktorý prebiehal súčasne vo viacerých krajinách a bol ukončený začiatkom tohto storočia, nás priviedol k pochopeniu, že človek má len asi 25-30 tisíc génov, ale informácie z väčšiny našich DNA sa nikdy nečíta, pretože obsahuje obrovské množstvo oblastí a génov kódujúcich vlastnosti, ktoré pre človeka stratili význam (chvost, ochlpenie tela atď.). Okrem toho sa podarilo rozlúštiť množstvo génov zodpovedných za vývoj dedičných chorôb, ako aj cieľové gény liečiv. Praktická aplikácia výsledkov získaných pri realizácii tohto programu sa však odkladá, kým sa nepodarí rozlúštiť genómy značného počtu ľudí, a potom sa ukáže, aké sú ich rozdiely. Tieto ciele boli stanovené pre množstvo popredných laboratórií po celom svete, ktoré pracujú na implementácii programu ENCODE.

Najväčší význam medzi výdobytkami biológie má fakt, že tvoria dokonca základ pre konštrukciu neurónových sietí a genetického kódu vo výpočtovej technike a majú široké využitie aj v architektúre a iných odvetviach. 21. storočie je bezpochyby storočím biológie.
Ako každá iná veda, aj biológia má svoj vlastný arzenál metód. Popri vedeckej metóde poznávania využívanej v iných oblastiach sa v biológii hojne využívajú metódy ako historické, komparatívne-deskriptívne a pod.

Úloha biológie pri formovaní moderného prírodovedného obrazu sveta

V štádiu svojho formovania biológia ešte neexistovala oddelene od iných prírodných vied a obmedzovala sa len na pozorovanie, štúdium, opis a klasifikáciu predstaviteľov živočíšneho a rastlinného sveta, t. j. bola to deskriptívna veda. To však nebránilo starovekým prírodovedcom Hippokratovi (asi 460-377 pred Kr.), Aristotelovi (384-322 pred Kr.) a Theophrastovi (vlastným menom Tirtham, 372-287 pred Kr.) výrazne prispieť k rozvoju tzv. predstavy o stavbe ľudského tela a zvierat, ako aj o biologickej diverzite zvierat a rastlín, čím sa položili základy ľudskej anatómie a fyziológie, zoológie a botaniky.

Prehlbovanie vedomostí o živej prírode a systematizácia predtým nahromadených faktov, ku ktorým došlo v 16.-18. storočí, vyvrcholilo zavedením binárneho názvoslovia a vytvorením harmonickej taxonómie rastlín (C. Linné) a živočíchov (J. -B. Lamarck).

Opis značného počtu druhov s podobnými morfologickými charakteristikami, ako aj paleontologické nálezy sa stali predpokladmi pre rozvoj predstáv o pôvode druhov a cestách historického vývoja organického sveta. Experimenty F. Rediho, L. Spallanzaniho a L. Pasteura v 17. – 19. storočí teda vyvrátili hypotézu spontánnej generácie, ktorú predložil Aristoteles a prevládala v stredoveku, a teóriu biochemickej evolúcie od A. I. Oparina a J. Haldane, brilantne potvrdený S. Millerom a G. Yurim, nám umožnil odpovedať na otázku o pôvode všetkého živého.

Ak samotný proces vzniku živých vecí z neživých zložiek a ich evolúcia samy osebe už nevzbudzujú pochybnosti, tak mechanizmy, cesty a smery historického vývoja organického sveta ešte nie sú úplne pochopené, keďže ani jeden z dve hlavné konkurenčné teórie evolúcie (syntetická teória evolúcie, vytvorená na základe teórie Charlesa Darwina a teória J.-B. Lamarcka) stále nemôžu poskytnúť komplexný dôkaz.

Objav vzorcov prenosu dedičných informácií českým mníchom G. Mendelom poslúžil ako impulz pre ďalší prudký rozvoj biológie v 20.-21. storočí a viedol nielen k objavu univerzálneho nositeľa dedičnosti – DNA, ale aj genetický kód, ako aj základné mechanizmy kontroly, čítania a variability dedičnej informácie .

Rozvoj myšlienok o životnom prostredí viedol k vzniku takej vedy, ako je ekológia, a formulovaniu doktríny biosféry ako komplexného viaczložkového planetárneho systému vzájomne prepojených obrovských biologických komplexov, ako aj chemických a geologických procesov prebiehajúcich na Zeme (V.I. Vernadsky), čo v konečnom dôsledku umožňuje aspoň v malej miere znižovať negatívne dôsledky ľudskej ekonomickej činnosti.
Biológia teda zohrala dôležitú úlohu pri formovaní moderného prírodovedného obrazu sveta.

VEDCI – BIOLÓGOVIA

W. Harvey objavil mechanizmus krvného obehu; vyrobil mikroskop a položil základy modernej anatómie a fyziológie;

R.Hook opísal bunkovú štruktúru korku (rastliny); zaviedol pojem „bunka“;

A. Levenguk pozorované pod mikroskopom (zväčšením 300-krát) prvoky, baktérie, spermie;

K. Baer pozorovali vaječné bunky cicavcov;

R. Brown objavil bunkové jadro;

K. Linné vytvoril systém klasifikácie rastlín a živočíchov;

T. Schwann, M. Schleiden nezávisle formuloval bunkovú teóriu,

R. Virchow vytvoril doktrínu bunkovej patológie, zaviedol postulát: „každá bunka je z bunky“;

C. Darwin vytvoril evolučnú teóriu;

G. Mendel objavil zákon dedenia vlastností, ktorý prispel k zrodu genetiky ako vedy;

L. Pasteur objavil princíp vakcín, položil základy mikrobiológie a imunológie;

Charles Darwin vytvoril holistickú teóriu evolúcie prostredníctvom prirodzeného výberu.

I. Mečnikov formuloval fagocytárnu teóriu,

I. Pavlov – doktrína reflexu

A. Humboldt študoval interakciu organizmov s prostredím a jej závislosť od geografie

K. Landsteiner objavil ľudské krvné skupiny

Gregor Mendel , zákony genetiky

J. Watson a F. Crick dešifrované štruktúry DNA

V.I.Vernadsky o súvislostiach medzi živými organizmami a neživou prírodou (náuka o biosfére).

METÓDY BIOLOGICKÝCH VIED

Najbežnejšie metódy štúdia biológie sú:

pozorovanie (umožňuje opísať biologické javy),

porovnanie (umožňuje nájsť všeobecné vzorce v štruktúre a fungovaní rôznych organizmov),

experiment, alebo skúsenosť, modelovanie (pomáha študovať vlastnosti biologických objektov v kontrolovaných podmienkach; simuluje sa veľa procesov, ktoré sú neprístupné pre priame pozorovanie alebo experimentálnu reprodukciu),

historická metóda (umožňuje na základe údajov o modernom organickom svete a jeho minulosti pochopiť procesy vývoja živej prírody)

Vedecká metóda je súbor základných metód získavania nových poznatkov a metód riešenia problémov v rámci akejkoľvek vedy.

Vedecká metóda zahŕňa určitý systematický prístup:

Pozorovanie faktov a ich meranie, t.j. popis pozorovania - kvantitatívny a/alebo kvalitatívny.

Vedecká metóda poznávania zahŕňa pozorovanie, formulovanie hypotéz, experiment, modelovanie, analýzu výsledkov a odvodzovanie všeobecných zákonitostí (obr. 1.).

Ryža. 1. Schematické znázornenie metódy vedeckého výskumu

Pozorovanie

Pozorovanie - ide o cieľavedomé vnímanie predmetov a javov pomocou zmyslov alebo nástrojov, určené úlohou činnosti.

Hlavnou podmienkou vedeckého pozorovania je jeho objektivita, teda schopnosť overiť si údaje získané opakovaným pozorovaním alebo využitím iných výskumných metód, napríklad experimentu. Fakty získané ako výsledok pozorovania sa nazývajú dáta. Môžu byť buď kvalitatívne (opisujúce vôňu, chuť, farbu, tvar atď.) alebo kvantitatívne, pričom kvantitatívne údaje sú presnejšie ako kvalitatívne.

Analýza získaných výsledkov - systematizácia, identifikácia hlavného a vedľajšieho.

Zovšeobecnenie - formulácia hypotéz a potom - teórie.

Predpoveď: formulovanie dôsledkov z navrhovanej hypotézy alebo prijatej teórie pomocou dedukcie, indukcie alebo iných logických metód.

Kontrola predpokladaných dôsledkov prostredníctvom experimentu.

Venujte pozornosť 5. bodu. Bez nej nemožno prístup považovať za vedecký!

Je dôležité pochopiť rozdiel medzi pojmami hypotéza a teória.

Na základe pozorovacích údajov je formulovanýhypotéza - domnelý úsudok o prirodzenej súvislosti javov. Hypotéza je testovaná v sérii experimentov. Experiment je vedecky vedený experiment, pozorovanie skúmaného javu za kontrolovaných podmienok, ktoré umožňuje identifikovať vlastnosti daného objektu alebo javu. Najvyššou formou experimentu je modelovanie – skúmanie akýchkoľvek javov, procesov alebo systémov objektov konštruovaním a štúdiom ich modelov.Hypotéza je tvrdenie, predpoklad, ktorý ešte nie je dokázaný.

Výsledky experimentov a simulácií podliehajú dôkladnej analýze. Analýza je metóda vedeckého výskumu rozkladom objektu na jeho jednotlivé časti alebo mentálnym rozpitvaním objektu prostredníctvom logickej abstrakcie.

Kedydokázať hypotézu , ona sa stávateória , teorém alebo fakt . Vyvrátená hypotéza ide do kategórienepravdivé tvrdenia . Hypotéza, ktorá zatiaľ nebola dokázaná , ale nie je vyvrátený, je tzvotvorený problém .

teória - vedomostný systém vybudovaný na vedecky dokázanej hypotéze.

Teória je chápaná ako forma vedeckého poznania, ktorá dáva holistickú predstavu o vzorcoch a podstatných súvislostiach reality.

Všeobecným smerom vedeckého výskumu je dosiahnuť vyššiu úroveň predvídateľnosti. Ak teóriu nemôžu zmeniť žiadne fakty a odchýlky od nej, ktoré sa vyskytujú, sú pravidelné a predvídateľné, potom ju možno povýšiť na úroveň zákona – nevyhnutného, podstatného, stabilného, opakujúceho sa vzťahu medzi javmi v prírode.

S narastajúcim množstvom poznatkov a zdokonaľovaním výskumných metód možno hypotézy a dokonca aj dobre zavedené teórie spochybňovať, upravovať a dokonca odmietať, keďže samotné vedecké poznatky sú svojou povahou dynamické a neustále podliehajú kritickej reinterpretácii.

Biologický experiment

Kvalitatívny experiment - najjednoduchší typ biologického experimentu - jeho cieľom je zistiť prítomnosť alebo neprítomnosť javu predpokladaného v teórii.

Merací experiment - identifikácia nejakej kvantitatívnej charakteristiky objektu alebo procesu.

Zariadenie svetelného mikroskopu. Svetelný mikroskop pozostáva z optickej a mechanickej časti. Optické časti sa podieľajú na vytváraní obrazu a mechanické časti sa používajú na uľahčenie používania optických častí.
Celkové zväčšenie mikroskopu je určené vzorcom:
Zväčšenie objektívu x zväčšenie okuláru = zväčšenie mikroskopu.
Napríklad, ak šošovka zväčší objekt 8-krát a okulár 7-krát, potom je celkové zväčšenie mikroskopu 56.

Pozorovanie, popis a meranie biologických objektov

Štatistické merania - merania veličín, ktoré sa v čase nemenia.

Dynamické merania - merania veličín, ktoré menia svoju hodnotu v čase (tlak, teplota, hustota obyvateľstva atď.)

Metódy výskumu vo vede sú dosť rôznorodé, no všetky sú založené na vedeckých metódach poznávania, ktoré sa v určitom prístupe líšia.

Poznanie týchto informácií pomáha oddeliť skutočný vedecký výskum od rôznych rozšírených pseudovedeckých experimentov.

Historická metóda

Historická metóda odhaľuje zákonitosti vzhľadu a vývoja organizmov, formovanie ich štruktúry a funkcie. V mnohých prípadoch pomocou tejto metódy získavajú nový život hypotézy a teórie, ktoré boli predtým považované za falošné.
Porovnávacia-deskriptívna metóda zahŕňa vykonanie anatomickej a morfologickej analýzy predmetov štúdia. Je základom klasifikácie organizmov, identifikácie vzorcov vzniku a vývoja rôznych foriem života.

Monitoring je systém opatrení na pozorovanie, hodnotenie a predpovedanie zmien stavu skúmaného objektu, najmä biosféry.
Vykonávanie pozorovaní a experimentov si často vyžaduje použitie špeciálneho vybavenia, ako sú mikroskopy, centrifúgy, spektrofotometre atď.

Diferenciálna centrifugácia, čiže frakcionácia, umožňuje separovať častice podľa ich veľkosti a hustoty pod vplyvom odstredivej sily, čo sa aktívne využíva pri štúdiu štruktúry biologických molekúl a buniek.
Arzenál biologických metód sa neustále aktualizuje a v súčasnosti je takmer nemožné ho úplne pokryť. Preto niektoré metódy používané v jednotlivých biologických vedách rozoberieme nižšie.

Termín "biológia" sa skladá z dvoch gréckych slov „bios“ – život a „logos“ – vedomosti, učenie, veda. Odtiaľ pochádza klasická definícia biológie ako vedy, ktorá študuje život vo všetkých jeho prejavoch.

Biológia skúma rozmanitosť existujúcich a vyhynutých živých bytostí, ich štruktúru, funkcie, pôvod, evolúciu, rozšírenie a individuálny vývoj, prepojenia medzi sebou navzájom, medzi spoločenstvami a s neživou prírodou.

Biológia skúma všeobecné a osobitné zákonitosti života vo všetkých jeho prejavoch a vlastnostiach: metabolizmus, rozmnožovanie, dedičnosť, premenlivosť, prispôsobivosť, rast, vývoj, dráždivosť, pohyblivosť atď.

Metódy výskumu v biológii

Pozorovanie- najjednoduchšia a najdostupnejšia metóda. Môžete napríklad pozorovať sezónne zmeny v prírode, v živote rastlín a zvierat, správanie zvierat atď.
Popis biologické predmety (ústny alebo písomný popis).
Porovnanie– hľadanie podobností a rozdielov medzi organizmami, používané v taxonómii.
Experimentálna metóda(v laboratórnych alebo prírodných podmienkach) – biologický výskum s využitím rôznych prístrojov a metód fyziky a chémie.
Mikroskopia– štúdium štruktúry buniek a bunkových štruktúr pomocou svetelného a elektrónového mikroskopu. Svetelné mikroskopy umožňujú vidieť tvary a veľkosti buniek a jednotlivých organel. Elektronické – drobné štruktúry jednotlivých organel.
Biochemická metóda- náuka o chemickom zložení buniek a tkanív živých organizmov.
Cytogenetické– metóda štúdia chromozómov pod mikroskopom. Môžete odhaliť genómové mutácie (napríklad Downov syndróm), chromozomálne mutácie (zmeny tvaru a veľkosti chromozómov).
Ultracentrifugácia- izolácia jednotlivých bunkových štruktúr (organel) a ich ďalšie štúdium.
Historická metóda– porovnanie získaných faktov s predtým získanými výsledkami.
Modelovanie– vytváranie rôznych modelov procesov, štruktúr, ekosystémov a pod. s cieľom predpovedať zmeny.
Hybridologická metóda– metóda kríženia, hlavná metóda štúdia zákonitostí dedičnosti.
Genealogická metóda– metóda zostavovania rodokmeňov, používaná na určenie typu dedičnosti vlastnosti.
Dvojitá metóda– metóda, ktorá umožňuje určiť podiel vplyvu environmentálnych faktorov na vývoj vlastností. Platí pre jednovaječné dvojčatá.

Prepojenie biológie s inými vedami.

Rozmanitosť živej prírody je taká veľká, že modernú biológiu treba prezentovať ako komplex vied. Biológia je základom vied ako napr medicína, ekológia, genetika, selekcia, botanika, zoológia, anatómia, fyziológia, mikrobiológia, embryológia atď.Biológia spolu s ďalšími vedami formovala také vedy ako biofyzika, biochémia, bionika, geobotanika, zoogeografia atď.V súvislosti s prudkým rozvojom vedy a techniky vznikajú nové smery v štúdiu živých organizmov a nové vedy sa objavujú súvisiace s biológiou. To opäť dokazuje, že živý svet je mnohostranný a zložitý a je úzko spätý s neživou prírodou.

Základné biologické vedy - predmety ich štúdia

Anatómia je vonkajšia a vnútorná štruktúra organizmov.
Fyziológia – životné procesy.
Medicína - ľudské choroby, ich príčiny a spôsoby liečby.
Ekológia – vzťahy medzi organizmami v prírode, zákonitosti procesov v ekosystémoch.
Genetika – zákony dedičnosti a premenlivosti.
Cytológia je veda o bunkách (štruktúra, životná aktivita atď.).
Biochémia – biochemické procesy v živých organizmoch.
Biofyzika – fyzikálne javy v živých organizmoch.
Šľachtenie je vytváranie nových a zlepšovanie existujúcich odrôd, plemien, kmeňov.
Paleontológia – fosílne pozostatky starých organizmov.
Embryológia - vývoj embryí.

Človek môže uplatniť poznatky z oblasti biológie:

na prevenciu a liečbu chorôb
pri poskytovaní prvej pomoci obete nehôd;
v rastlinnej výrobe, chove hospodárskych zvierat
v environmentálnych aktivitách, ktoré prispievajú k riešeniu globálnych environmentálnych problémov (vedomosti o vzájomných vzťahoch organizmov v prírode, o faktoroch, ktoré negatívne ovplyvňujú stav životného prostredia a pod.) BIOLÓGIA AKO VEDA

Znaky a vlastnosti živých vecí:

1. Bunková štruktúra. Bunka je jedinou štrukturálnou a funkčnou jednotkou, ako aj jednotkou vývoja pre takmer všetky živé organizmy na Zemi. Vírusy sú výnimkou, ale aj tie prejavujú živé vlastnosti len vtedy, keď sú v bunke. Mimo bunky nejavia žiadne známky života.

2. Jednota chemického zloženia.Živé veci sa skladajú z rovnakých chemických prvkov ako neživé veci, ale v živých veciach 90 % hmoty pochádza zo štyroch prvkov: S, O, N, N, ktoré sa podieľajú na tvorbe zložitých organických molekúl, ako sú proteíny, nukleové kyseliny, sacharidy, lipidy.

3. Metabolizmus a energia sú hlavnými vlastnosťami živých vecí. Uskutočňuje sa ako výsledok dvoch vzájomne súvisiacich procesov: syntézy organických látok v tele (v dôsledku vonkajších zdrojov energie zo svetla a potravy) a procesu rozkladu zložitých organických látok s uvoľňovaním energie, ktorá je potom spotrebované organizmom. Metabolizmus zabezpečuje stálosť chemického zloženia v neustále sa meniacich podmienkach prostredia.

4. Otvorenosť. Všetky živé organizmy sú otvorené systémy, t. j. systémy, ktoré sú stabilné iba vtedy, ak dostávajú nepretržitú energiu a hmotu z prostredia.

5. Samorozmnožovanie (rozmnožovanie). Schopnosť sebareprodukcie je najdôležitejšou vlastnosťou všetkých živých organizmov. Je založená na informáciách o štruktúre a funkciách akéhokoľvek živého organizmu, uložených v nukleových kyselinách a zaisťujúcich špecifickosť štruktúry a životnej činnosti živého organizmu.

6. Samoregulácia. Vďaka mechanizmom samoregulácie sa zachováva relatívna stálosť vnútorného prostredia organizmu, t.j. je zachovaná stálosť chemického zloženia a intenzita fyziologických procesov - homeostázy.

7. Rozvoj a rast. V procese individuálneho vývoja (ontogenézy) sa postupne a sústavne objavujú (vývoj) jednotlivé vlastnosti organizmu a dochádza k jeho rastu (zväčšovaniu). Okrem toho sa všetky živé systémy vyvíjajú – menia sa v priebehu historického vývoja (fylogenézy).

8. Podráždenosť. Každý živý organizmus je schopný reagovať na vonkajšie a vnútorné vplyvy.

9. Dedičnosť. Všetky živé organizmy sú schopné zachovať a preniesť základné vlastnosti na potomstvo.

10. Variabilita. Všetky živé organizmy sú schopné meniť sa a získavať nové vlastnosti.

Základné úrovne organizácie živej prírody

Celá živá príroda je súborom biologických systémov. Dôležitými vlastnosťami živých systémov je viacúrovňová a hierarchická organizácia. Časti biologických systémov sú samy o sebe systémami zloženými zo vzájomne prepojených častí. Na každej úrovni je každý biologický systém jedinečný a odlišný od ostatných systémov.

Vedci na základe charakteristík prejavu vlastností živých vecí identifikovali niekoľko úrovní organizácie živej prírody:

1. Molekulová úroveň - reprezentované molekulami organických látok (bielkoviny, lipidy, sacharidy atď.) nachádzajúcich sa v bunkách. Na molekulárnej úrovni možno študovať vlastnosti a štruktúry biologických molekúl, ich úlohu v bunke, v živote organizmu a pod. Napríklad zdvojnásobenie molekuly DNA, štruktúry proteínu atď.

2. Bunková úroveň – reprezentované bunkami. Na bunkovej úrovni sa začínajú objavovať vlastnosti a znaky živých vecí. Na bunkovej úrovni je možné študovať štruktúru a funkcie buniek a bunkových štruktúr, procesy v nich prebiehajúce. Napríklad pohyb cytoplazmy, delenie buniek, biosyntéza bielkovín v ribozómoch atď.

3. Úroveň orgánov a tkanív – reprezentované tkanivami a orgánmi mnohobunkových organizmov. Na tejto úrovni je možné študovať štruktúru a funkcie tkanív a orgánov, procesy, ktoré sa v nich vyskytujú. Napríklad kontrakcia srdca, pohyb vody a solí cez cievy atď.

4. Organizačná úroveň – reprezentované jednobunkovými a mnohobunkovými organizmami. Na tejto úrovni sa organizmus študuje ako celok: jeho štruktúra a životné funkcie, mechanizmy samoregulácie procesov, prispôsobenie sa životným podmienkam atď.

5. Populačno-druhová úroveň– reprezentované populáciami pozostávajúcimi z jedincov toho istého druhu, ktorí spolu žijú dlhodobo na určitom území. Život jedného jedinca je daný geneticky a za priaznivých podmienok môže populácia existovať neobmedzene. Keďže na tejto úrovni začínajú pôsobiť hybné sily evolúcie - boj o existenciu, prirodzený výber a pod.. Na populačno-druhovej úrovni študujú dynamiku počtu jedincov, vekovo-pohlavné zloženie populácie, evolučnú zmeny v populácii a pod.

6. Ekosystémová úroveň– reprezentované populáciami rôznych druhov žijúcich spolu na určitom území. Na tejto úrovni sa študujú vzťahy medzi organizmami a prostredím, podmienky, ktoré určujú produktivitu a udržateľnosť ekosystémov, zmeny v ekosystémoch a pod.

7. Úroveň biosféry– najvyššia forma organizácie živej hmoty, zjednocujúca všetky ekosystémy planéty. Na tejto úrovni sa študujú procesy v meradle celej planéty – cykly hmoty a energie v prírode, globálne problémy životného prostredia, zmeny klímy Zeme a pod.. V súčasnosti sa štúdium vplyvu človeka na stav biosféry v poriadku je mimoriadne dôležité zabrániť globálnej environmentálnej kríze.