Біологія як наука

Біологія(Від грец. біос- життя, логос- Слово, наука) - це комплекс наук про живу природу.

Предметом біології є всі прояви життя: будова та функції живих істот, їхня різноманітність, походження та розвиток, а також взаємодія з навколишнім середовищем. Основне завдання біології як науки полягає в тлумаченні всіх явищ живої природи на науковій основі, враховуючи при цьому, що цілісному організму властиві властивості, що докорінно відрізняються від його складових.

Термін «біологія» зустрічається в працях німецьких анатомів Т. Роозе (1779) і К. Ф. Бурдаха (1800), проте тільки в 1802 він був вперше вжитий незалежно один від одного Ж. Б. Ламарком і Г. Р. Тревіранусом для позначення науки, що вивчає живі організми.

Біологічні науки

В даний час до складу біології включають цілу низку наук, які можна систематизувати за такими критеріями: по предмету і переважним методам дослідження і за рівнем організації живої природи, що вивчається. На предмет дослідження біологічні науки ділять на бактеріологію, ботаніку, вірусологію, зоологію, мікологію.

Ботаніка- це біологічна наука, що комплексно вивчає рослини та рослинний покрив Землі. Зоологія- розділ біології, наука про різноманіття, будову, життєдіяльність, поширення та взаємозв'язки тварин з довкіллям, їх походження та розвиток. Бактеріологія- біологічна наука, що вивчає будову та життєдіяльність бактерій, а також їх роль у природі. Вірусологія- Біологічна наука, що вивчає віруси. Основним об'єктом мікології є гриби, їх будова та особливості життєдіяльності. Ліхенологія- Біологічна наука, що вивчає лишайники. Бактеріологія, вірусологія та деякі аспекти мікології часто розглядаються у складі мікробіології - розділу біології, науці про мікроорганізми (бактерії, віруси та мікроскопічні гриби). Систематика, або таксономія, - біологічна наука, яка описує та класифікує за групами всі живі та вимерлі істоти.

У свою чергу, кожна з перерахованих біологічних наук поділяється на біохімію, морфологію, анатомію, фізіологію, ембріологію, генетику та систематику (рослин, тварин чи мікроорганізмів). Біохімія- це наука про хімічний склад живої матерії, хімічні процеси, що відбуваються в живих організмах і лежать в основі їхньої життєдіяльності. Морфологія- біологічна наука, що вивчає форму та будову організмів, а також закономірності їх розвитку. У широкому значенні вона включає цитологію, анатомію, гістологію і ембріологію. Розрізняють морфологію тварин та рослин. Анатомія- це розділ біології (точніше - морфології), наука, що вивчає внутрішню будову та форму окремих органів, систем та організму в цілому. Анатомія рослин розглядається у складі ботаніки, анатомія тварин – у складі зоології, а анатомія людини є окремою наукою. Фізіологія- біологічна наука, що вивчає процеси життєдіяльності рослинних та тваринних організмів, їх окремих систем, органів, тканин та клітин. Існують фізіологія рослин, тварин та людини. Ембріологія (біологія розвитку)- Розділ біології, наука про індивідуальний розвиток організму, у тому числі розвиток зародка.

Об'єктом генетикиє закономірності спадковості та мінливості. В даний час це одна з найбільш біологічних наук, що найбільш динамічно розвиваються.

За рівнем організації живої природи виділяють молекулярну біологію, цитологію, гістологію, органологію, біологію організмів і надорганізмових систем. Молекулярна біологія є одним із наймолодших розділів біології, наука, що вивчає, зокрема, організацію спадкової інформації та біосинтез білка. Цитологія або клітинна біологія, - біологічна наука, об'єктом вивчення якої є клітини як одноклітинних, і багатоклітинних організмів. Гістологія- біологічна наука, розділ морфології, об'єктом якої є будова тканин рослин та тварин. До сфери органології відносять морфологію, анатомію та фізіологію різних органів та їх систем.

Біологія організмів включає всі науки, предметом яких є живі організми, наприклад, етологію- Науку про поведінку організмів.

Біологія надорганізмових систем поділяється на біогеографію та екологію. Розповсюдження живих організмів вивчає біогеографія, тоді як екологія- організацію та функціонування надорганізмових систем різних рівнів: популяцій, біоценозів (спільнот), біогеоценозів (екосистем) та біосфери.

За переважаючими методами дослідження можна виділити описову (наприклад, морфологію), експериментальну (наприклад, фізіологію) та теоретичну біологію.

Виявлення та пояснення закономірностей будови, функціонування та розвитку живої природи на різних рівнях її організації є завданням загальної біології. До неї відносять біохімію, молекулярну біологію, цитологію, ембріологію, генетику, екологію, еволюційне вчення та антропологію. Еволюційне вченнявивчає причини, рушійні сили, механізми та загальні закономірності еволюції живих організмів. Одним з його розділів є палеонтологія- Наука, предметом якої є викопні останки живих організмів. Антропологія- розділ загальної біології, наука про походження та розвиток людини як біологічного виду, а також різноманітність популяцій сучасної людини та закономірності їх взаємодії.

Прикладні аспекти біології віднесені до сфери біотехнології, селекції та інших наук, що швидко розвиваються. Біотехнологієюназивають біологічну науку, що вивчає використання живих організмів та біологічних процесів у виробництві. Вона широко застосовується в харчовій (хлібопечення, сироробство, пивоваріння та ін.) та фармацевтичній промисловості (отримання антибіотиків, вітамінів), для очищення вод тощо. Селекція- наука про способи створення порід свійських тварин, сортів культурних рослин і штамів мікроорганізмів з корисними людині качествами. Під селекцією розуміють і сам процес зміни живих організмів, який здійснюється людиною для своїх потреб.

Прогрес біології тісно пов'язаний з успіхами інших природничих і точних наук, таких як фізика, хімія, математика, інформатика та ін. процесів, що відбуваються в живих системах, було б неможливим без застосування хімічних та фізичних методів. Застосування математичних методів дозволяє, з одного боку, виявити наявність закономірного зв'язку між об'єктами чи явищами, підтвердити достовірність отриманих результатів, з другого - змоделювати явище чи процес. Останнім часом дедалі більшого значення в біології набувають комп'ютерні методи, наприклад моделювання. На стику біології та інших наук виникла низка нових наук, таких як біофізика, біохімія, біоніка та ін.

Досягнення біології

Найбільш важливими подіями в галузі біології, що вплинули на весь перебіг її подальшого розвитку, є: встановлення молекулярної структури ДНК та її ролі у передачі інформації в живій матерії (Ф. Крік, Дж. Вотсон, М. Вілкінс); розшифрування генетичного коду (Р. Холлі, Х. Г. Корану, М. Ніренберг); відкриття структури гена та генетичної регуляції синтезу білків (О. М. Львів, Ф. Жакоб, Ж. Л. Моно та ін.); формулювання клітинної теорії (М. Шлейден, Т. Шван, Р. Вірхов, К. Бер); дослідження закономірностей спадковості та мінливості (Г. Мендель, Х. де Фріз, Т. Морган та ін.); формулювання принципів сучасної систематики (К. Лінней), еволюційної теорії (Ч. Дарвін) та вчення про біосферу (В. І. Вернадський).

Значимість відкриттів останніх десятиліть ще належить оцінити, однак найбільшими досягненнями біології були визнані: розшифрування геному людини та інших організмів, визначення механізмів контролю потоку генетичної інформації в клітині та організмі, що формується, механізмів регуляції поділу і загибелі клітин, клонування ссавців, а також відкриття збудників коров'ячого сказу» (пріонів).

Роботи за програмою «Геном людини», які проводилися одночасно в кількох країнах і були завершені на початку нинішнього століття, привели нас до розуміння того, що людина має близько 25–30 тис. генів, але інформація з більшої частини нашої ДНК не зчитується ніколи , оскільки у ній міститься безліч ділянок і генів, що кодують ознаки, втратили значення в людини (хвіст, оволосіння тіла та інших.). Крім того, було розшифровано низку генів, які відповідають за розвиток спадкових захворювань, а також генів-мішеней лікарських препаратів. Однак практичне застосування результатів, отриманих в ході реалізації цієї програми, відкладається доти, доки не будуть розшифровані геноми значної кількості людей, і тоді стане зрозуміло, у чому ж їхня відмінність. Ці цілі поставлені перед цілим рядом провідних лабораторій усього світу, які працюють над реалізацією програми ENCODE.

Біологічні дослідження є фундаментом медицини, фармації, широко використовуються у сільському та лісовому господарстві, харчовій промисловості та інших галузях людської діяльності.

Добре відомо, що лише «зелена революція» 1950-х років дозволила хоча б частково вирішити проблему забезпечення населення Землі, що швидко зростає, продуктами харчування, а тваринництво - кормами за рахунок впровадження нових сортів рослин і прогресивних технологій їх вирощування. У зв'язку з тим, що генетично запрограмовані властивості сільськогосподарських культур майже вичерпані, подальше вирішення продовольчої проблеми пов'язують із широким запровадженням у виробництво генетично модифікованих організмів.

Виробництво багатьох продуктів харчування, таких як сири, йогурти, ковбаси, хлібобулочні вироби та ін, також неможливе без використання бактерій та грибів, що є предметом біотехнології.

Пізнання природи збудників, процесів перебігу багатьох захворювань, механізмів імунітету, закономірностей спадковості та мінливості дозволили суттєво знизити смертність і навіть повністю викорінити низку хвороб, таких, наприклад, як чорна віспа. З допомогою нових досягнень біологічної науки вирішується проблема репродукції людини.

Значна частина сучасних лікарських препаратів виробляється на основі природної сировини, а також завдяки успіхам генної інженерії, як, наприклад, інсулін, настільки необхідний хворим на цукровий діабет, в основному синтезується бактеріями, яким перенесений відповідний ген.

Не менш значущими є біологічні дослідження для збереження навколишнього середовища та різноманітності живих організмів, загроза зникнення яких ставить під сумнів існування людства.

Найбільше значення серед досягнень біології має той факт, що вони лежать навіть в основі побудови нейронних мереж та генетичного коду у комп'ютерних технологіях, а також широко використовуються в архітектурі та інших галузях. Поза всяким сумнівом, що настало XXI століття є віком біології.

Методи пізнання живої природи

Як і будь-яка інша наука, біологія має власний арсенал способів. Крім наукового методу пізнання, що застосовується в інших галузях, у біології широко використовуються такі методи, як історичний, порівняльно-описовий та ін.

Науковий метод пізнання включає спостереження, формулювання гіпотез, експеримент, моделювання, аналіз результатів і виведення загальних закономірностей.

Спостереження- Це цілеспрямоване сприйняття об'єктів та явищ за допомогою органів чуття або приладів, обумовлене завданням діяльності. Основною умовою наукового спостереження є його об'єктивність, тобто можливість перевірки даних шляхом повторного спостереження або застосування інших методів дослідження, наприклад експерименту. Отримані в результаті спостереження факти називаються даними. Вони можуть бути як якісними(що описують запах, смак, колір, форму тощо), так і кількісними, причому кількісні дані є точнішими, ніж якісні.

На основі даних спостережень формулюється гіпотеза- Імовірне судження про закономірний зв'язок явищ. Гіпотеза піддається перевірці у серії експериментів. Експериментомназивається науково поставлений досвід, спостереження досліджуваного явища в контрольованих умовах, що дозволяють виявити характеристики об'єкта чи явища. Вищою формою експерименту є моделювання- дослідження будь-яких явищ, процесів чи систем об'єктів шляхом побудови та вивчення їх моделей. Фактично це одне з основних категорій теорії пізнання: ідеї моделювання базується будь-який метод наукового дослідження - як теоретичний, і експериментальний.

Результати експерименту та моделювання зазнають ретельного аналізу. Аналізомназивають метод наукового дослідження шляхом розкладання предмета на складові або уявного розчленування об'єкта шляхом логічної абстракції. Аналіз нерозривно пов'язані з синтезом. Синтез- це спосіб вивчення предмета у його цілісності, у єдності та взаємної зв'язку його елементів. В результаті аналізу та синтезу найбільш вдала гіпотеза дослідження стає робочою гіпотезою, і якщо вона здатна встояти при спробах її спростування і, як і раніше, вдало пророкує раніше непояснені факти та взаємозв'язки, то вона може стати теорією.

Під теорієюрозуміють таку форму наукового знання, яка дає цілісне уявлення про закономірності та суттєві зв'язки дійсності. Загальний напрямок наукового дослідження полягає у досягненні вищих рівнів передбачуваності. Якщо теорію не здатні змінити жодні факти, а відхилення від неї регулярні і передбачувані, то її можна звести в ранг. закону- необхідного, суттєвого, стійкого, повторюваного відносини між явищами у природі.

У міру збільшення сукупності знань і вдосконалення методів дослідження гіпотези та міцно вкорінені теорії можуть оскаржуватися, видозмінюватися і навіть відкидатися, оскільки самі наукові знання за своєю природою динамічні і постійно зазнають критичного переосмислення.

Історичний методвиявляє закономірності появи та розвитку організмів, становлення їх структури та функції. У ряді випадків за допомогою цього методу нове життя знаходять гіпотези та теорії, які раніше вважалися хибними. Так, наприклад, сталося з припущеннями Ч. Дарвіна про природу передачі сигналів по рослині у відповідь на довкілля.

Порівняльно-описовий методпередбачає проведення анатомо-морфологічного аналізу об'єктів дослідження Він лежить в основі класифікації організмів, виявлення закономірностей виникнення та розвитку різних форм життя.

Моніторинг- це система заходів щодо спостереження, оцінки та прогнозу зміни стану досліджуваного об'єкта, зокрема біосфери.

Проведення спостережень та експериментів вимагає найчастіше застосування спеціального обладнання, такого як мікроскопи, центрифуги, спектрофотометри та ін.

Мікроскопія широко застосовується у зоології, ботаніці, анатомії людини, гістології, цитології, генетиці, ембріології, палеонтології, екології та інших розділах біології. Вона дозволяє вивчити тонку будову об'єктів з використанням світлових, електронних, рентгенівських та інших типів мікроскопів.

Влаштування світлового мікроскопа. Світловий мікроскоп складається з оптичних та механічних частин. До перших відносяться окуляр, об'єктиви та дзеркало, а до других - тубус, штатив, основа, предметний столик та гвинт.

Загальне збільшення мікроскопа визначається за такою формулою:

збільшення об'єктива $×$ збільшення окуляра $-$ збільшення мікроскопа.

Наприклад, якщо об'єктив збільшує об'єкт у $8$ разів, а окуляр - у $7$, то загальне збільшення мікроскопа дорівнює $56$.

Диференційне центрифугування, або фракціонування,дозволяє розділити частинки за їх розмірами та щільністю під дією відцентрової сили, що активно використовується при вивченні будови біологічних молекул та клітин.

Арсенал методів біології постійно оновлюється, і нині охопити його практично неможливо. Тому деякі методи, які використовуються в окремих біологічних науках, будуть розглянуті далі.

Роль біології у формуванні сучасної природничо картини світу

На етапі становлення біологія ще існувала окремо з інших наук і обмежувалася лише спостереженням, вивченням, описом і класифікацією представників тваринного й рослинного світу, т. е. була описової наукою. Однак це не завадило античним натуралістам Гіппократу (бл. 460–377 рр. до н. е.), Аристотелю (384–322 рр. до н. е.) та Теофрасту (справжнє ім'я Тіртам, 372–287 рр. до н. е.). е.) зробити значний внесок у розвиток уявлень про будову тіла людини і тварин, а також про біологічну різноманітність тварин і рослин, заклавши тим самим основи анатомії та фізіології людини, зоології та ботаніки.

Поглиблення знань про живу природу та систематизація раніше накопичених фактів, що відбувалися у XVI–XVIII століттях, увінчалися запровадженням бінарної номенклатури та створенням стрункої систематики рослин (К. Лінней) та тварин (Ж. Б. Ламарк).

Опис значної кількості видів із подібними морфологічними ознаками, і навіть палеонтологічні знахідки стали передумовами розвитку уявлень про походження видів тварин і шляхи історичного поступу органічного світу. Так, досліди Ф. Реді, Л. Спалланцані та Л. Пастера в XVII–ХIХ століттях спростували гіпотезу спонтанного самозародження, висунуту ще Аристотелем і що існувала в Середні віки, а теорія біохімічної еволюції А. І. Опаріна та Дж. Холдейна, блискуче .Міллером і Г. Юрі, дозволила дати відповідь на питання про походження всього живого.

Якщо процес виникнення живого з неживих компонентів та його еволюція власними силами вже не викликають сумнівів, то механізми, шляхи та напрямки історичного розвитку органічного світу все ще до кінця не з'ясовані, оскільки жодна з двох основних конкуруючих між собою теорій еволюції (синтетична теорія еволюції) , Створена на основі теорії Ч. Дарвіна, і теорія Ж. Б. Ламарка) все ще не можуть пред'явити вичерпних доказів.

Застосування мікроскопії та інших методів суміжних наук, зумовлене прогресом у галузі інших природничих наук, а також впровадження практики експерименту дозволило німецьким ученим Т. Шванну та М. Шлейдену ще в XIX столітті сформулювати клітинну теорію, пізніше доповнену Р. Вірховим та К. Бером. Вона стала найважливішим узагальненням у біології, яке наріжним каменем лягло в основу сучасних уявлень про єдність органічного світу.

Відкриття закономірностей передачі спадкової інформації чеським ченцем Г. Менделем послужило поштовхом до подальшого бурхливого розвитку біології в ХХ-ХХI століттях і призвело не тільки до відкриття універсального носія спадковості - ДНК, але і генетичного коду, а також фундаментальних механізмів контролю, зчитування та мінливості на .

Розвиток уявлень про навколишнє середовище призвело до виникнення такої науки, як екологія, та формулювання вчення про біосферуяк про складну багатокомпонентну планетарну систему пов'язаних між собою величезних біологічних комплексів, а також хімічних і геологічних процесів, що відбуваються на Землі (В. І. Вернадський), що в кінцевому підсумку дозволяє хоча б невеликою мірою зменшити негативні наслідки господарської діяльності людини.

Таким чином, біологія зіграла важливу роль у становленні сучасної природничо картини світу.

Рівнева організація та еволюція. Основні рівні організації живої природи: клітинний, організмовий, популяційно-видовий, біогеоценотичний, біосферний. біологічні системи. Загальні ознаки біологічних систем: клітинна будова, особливості хімічного складу, обмін речовин та перетворення енергії, гомеостаз, подразливість, рух, зростання та розвиток, відтворення, еволюція

Рівненна організація та еволюція

Жива природа - не однорідне утворення, подібне до кристала, вона представлена ​​нескінченним розмаїттям складових її об'єктів (одних тільки видів організмів в даний час описано близько 2 млн). Разом з тим ця різноманітність не є і свідченням хаосу, що панує в ній, оскільки організми мають клітинну будову, організми одного виду утворюють популяції, всі популяції, що мешкають на одній ділянці суші або води, утворюють спільноти, а у взаємодії з тілами неживої природи формують біогеоценози , що у свою чергу складають біосферу.

Таким чином, жива природа є системою, компоненти якої можна розташувати у строгому порядку: від нижчих до вищих. Цей принцип організації дозволяє виділити в живій природі окремі рівніі дає комплексне уявлення про життя як природне явище. На кожному з рівнів організації визначають елементарну одиницю та елементарне явище. В якості елементарної одиницірозглядають структуру або об'єкт, зміни яких складають специфічний для відповідного рівня внесок у процес збереження та розвитку життя, тоді як сама ця зміна є елементарним явищем.

Формування такої багаторівневої структури не могло відбутися миттєво - це результат мільярдів років історичного розвитку, в процесі якого відбувалося прогресивне ускладнення форм життя: від комплексів органічних молекул до клітин, від клітин - до організмів і т.д. за рахунок складної системи регуляції і продовжує розвиватися, причому на кожному рівні організації живої матерії відбуваються відповідні еволюційні перетворення.

Основні рівні організації живої природи: клітинний, організмовий, популяційно-видовий, біогеоценотичний, біосферний

В даний час виділяють декілька основних рівнів організації живої матерії: клітинний, організмовий, популяційно-видовий, біогеоценотичний та біосферний.

Клітинний рівень

Хоча прояви деяких властивостей живого обумовлені вже взаємодією біологічних макромолекул (білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів та ін.), все ж таки одиницею будови, функцій та розвитку живого є клітина, здатна здійснювати та сполучати процеси реалізації та передачі спадкової інформації з обміном речовин та перетворення енергії , Забезпечуючи цим функціонування вищих рівнів організації. Елементарною одиницею клітинного рівня організації є клітина, а елементарним явищем – реакції клітинного метаболізму.

Організмальний рівень

Організм- Це цілісна система, здатна до самостійного існування. За кількістю клітин, що входять до складу організмів, їх ділять на одноклітинні та багатоклітинні. p align="justify"> Клітинний рівень організації у одноклітинних організмів (амеби звичайної, евгени зеленої та ін) збігається з організмовим. У історії Землі був період, коли всі організми були лише одноклітинними формами, але вони забезпечували функціонування як біогеоценозів, і біосфери загалом. Більшість багатоклітинних організмів представлено сукупністю тканин та органів, що у свою чергу також мають клітинну будову. Органи та тканини пристосовані для виконання певних функцій. Елементарною одиницею даного рівня є особина в її індивідуальному розвитку, або онтогенезі, тому організмовий рівень також називають онтогенетичним. Елементарним явищем цього рівня є зміни організму у його індивідуальному розвитку.

Популяційно-видовий рівень

Населення- це сукупність особин одного виду, що вільно схрещуються між собою і проживають відокремлено від інших таких самих груп особин.

У популяціях відбувається вільний обмін спадковою інформацією та її передача нащадкам. Популяція є елементарною одиницею популяційно-видового рівня, а елементарним явищем у разі є еволюційні перетворення, наприклад мутації і відбір.

Біогеоценотичний рівень

Біогеоценозє історично сформоване співтовариство популяцій різних видів, взаємопов'язаних між собою та навколишнім середовищем обміном речовин та енергії.

Біогеоценоз є елементарними системами, в яких здійснюється речовинно-енергетичний кругообіг, обумовлений життєдіяльністю організмів. Самі біогеоценози – це елементарні одиниці даного рівня, тоді як елементарні явища – це потоки енергії та круговороти речовин у них. Біогеоценози становлять біосферу і зумовлюють усі процеси, які у ній.

Біосферний рівень

Біосфера- оболонка Землі, населена живими організмами та перетворювана ними.

Біосфера є найвищим рівнем організації життя планети. Ця оболонка охоплює нижню частину атмосфери, гідросферу та верхній шар літосфери. Біосфера, як і інші біологічні системи, динамічна і активно перетворюється живими істотами. Вона сама є елементарною одиницею біосферного рівня, а як елементарне явище розглядають процеси круговороту речовин і енергії, що відбуваються за участю живих організмів.

Як було зазначено вище, кожен із рівнів організації живої матерії робить свій внесок у єдиний еволюційний процес: у клітці як відтворюється закладена спадкова інформація, а й відбувається її зміна, що призводить до виникнення нових поєднань ознак і властивостей організму, своєю чергою піддаються дії природного відбору на популяційно-видовому рівні тощо.

Біологічні системи

Біологічні об'єкти різного ступеня складності (клітини, організми, популяції та види, біогеоценози та саму біосферу) розглядають в даний час як біологічних систем

Система - це єдність структурних компонентів, взаємодія яких породжує нові властивості, порівняно з їх механічною сукупністю. Так, організми складаються з органів, органи утворені тканинами, а тканини утворюють клітини.

Характерними рисами біологічних систем є їх цілісність, рівневий принцип організації, що говорилося вище, і відкритість. Цілісність біологічних систем значною мірою досягається за рахунок саморегуляції, що функціонує за принципом зворотного зв'язку.

До відкритим системамвідносять системи, між якими і довкіллям відбувається обмін речовин, енергії та інформації, наприклад, рослини в процесі фотосинтезу вловлюють сонячне світло і поглинають воду та вуглекислий газ, виділяючи кисень.

Загальні ознаки біологічних систем: клітинна будова, особливості хімічного складу, обмін речовин та перетворення енергії, гомеостаз, подразливість, рух, зростання та розвиток, відтворення, еволюція

Біологічні системи відрізняються від тіл неживої природи сукупністю ознак і властивостей, серед яких основними є клітинна будова, особливості хімічного складу, обмін речовин та перетворення енергії, гомеостаз, дратівливість, рух, зростання та розвиток, відтворення та еволюція.

Елементарною структурно-функціональною одиницею живого є клітина. Навіть віруси, що належать до неклітинних форм життя, нездатні до самовідтворення поза клітинами.

Розрізняють два типи будови клітин: прокаріотичніі еукаріотичні. Прокаріотичні клітини не мають сформованого ядра, їхня генетична інформація зосереджена в цитоплазмі. До прокаріотів відносять насамперед бактерії. Генетична інформація в еукаріотичних клітинах зберігається в особливій структурі – ядрі. Еукаріотами є рослини, тварини та гриби. Якщо одноклітинних організмах клітині притаманні всі прояви живого, то багатоклітинних відбувається спеціалізація клітин.

У живих організмах не зустрічається жодного хімічного елемента, якого не було в неживій природі, проте їх концентрації суттєво різняться у першому та другому випадках. Переважають у живій природі такі елементи, як вуглець, водень та кисень, які входять до складу органічних сполук, тоді як для неживої природи переважно характерні неорганічні речовини. Найважливішими органічними сполуками є нуклеїнові кислоти та білки, які забезпечують функції самовідтворення та самопідтримання, але жодна з цих речовин не є носієм життя, оскільки ні окремо, ні в групі вони не здатні до самовідтворення – для цього необхідний цілісний комплекс молекул та структур, яким є клітина.

Усі живі системи, у тому числі клітини та організми, є відкритими системами. Однак, на відміну від неживої природи, де в основному відбувається перенесення речовин з одного місця в інше або зміна їхнього агрегатного стану, живі істоти здатні до хімічного перетворення споживаних речовин та використання енергії. Обмін речовин та перетворення енергії пов'язані з такими процесами, як харчування, дихання та виділення.

Під харчуваннямзазвичай розуміють надходження в організм, перетравлення та засвоєння ним речовин, необхідних для поповнення енергетичних запасів та побудови тіла організму. За способом харчування всі організми ділять на автотрофіві гетеротрофів.

Автотрофи- Це організми, які здатні самі синтезувати органічні речовини з неорганічних.

Гетеротрофи- це організми, які споживають готові органічні речовини. Автотрофи діляться на фотоавтотрофів та хемоавтотрофів. Фотоавтотрофивикористовують для синтезу органічних речовин енергію сонячного світла. Процес перетворення енергії світла на енергію хімічних зв'язків органічних сполук називається фотосинтезом. До фотоавтотрофів відноситься переважна більшість рослин та деякі бактерії (наприклад, ціанобактерії). Загалом фотосинтез не надто продуктивний процес, унаслідок чого більшість рослин змушені вести прикріплений спосіб життя. Хемоавтотрофиотримують енергію для синтезу органічних сполук з неорганічних сполук. Цей процес називається хемосинтезом. Типовими хемоавтотрофами є деякі бактерії, зокрема серобактерії та залізобактерії.

Інші організми - тварини, гриби та переважна більшість бактерій - відносяться до гетеротрофів.

Диханням називають процес розщеплення органічних речовин до простих, у якому виділяється енергія, необхідна підтримки життєдіяльності організмів.

Розрізняють аеробне дихання, Що вимагає кисню, та анаеробне, що протікає без участі кисню. Більшість організмів є аеробами, хоча серед бактерій, грибів та тварин зустрічаються й анаероби. При кисневому диханні складні органічні речовини можуть розщеплюватися до води та вуглекислого газу.

Під виділенням зазвичай розуміють виведення з організму кінцевих продуктів метаболізму і надлишку різних речовин (води, солей та ін), що надійшли з їжею або утворилися в ньому. Особливо інтенсивно процеси виділення протікають у тварин, тоді як рослини є надзвичайно економними.

Завдяки обміну речовин та енергії забезпечується взаємозв'язок організму з навколишнім середовищем та підтримується гомеостаз.

Гомеостаз- це здатність біологічних систем протистояти змінам і підтримувати відносну сталість хімічного складу, будови та властивостей, а також забезпечувати сталість функціонування в умовах навколишнього середовища, що змінюються. Пристосування ж до умов середовища, що змінюються, називається адаптацією.

Подразливість- це універсальна властивість живого реагувати на зовнішні та внутрішні дії, що лежить в основі пристосування організму до умов навколишнього середовища та їх виживання. Реакція рослин зміни зовнішніх умов, наприклад, у повороті листових пластинок до світла, а й у більшості тварин вона має складніші форми, мають рефлекторний характер.

Рух- Невід'ємна властивість біологічних систем. Воно проявляється у вигляді переміщення тіл та його частин у просторі, наприклад, у відповідь роздратування, а й у процесі зростання та розвитку.

Нові організми, що у результаті репродукції, отримують від батьків готові ознаки, а певні генетичні програми, можливість розвитку тих чи інших ознак. Ця спадкова інформація реалізується під час індивідуального розвитку. Індивідуальний розвиток виражається, як правило, у кількісних та якісних змінах організму. Кількісні зміни організму називають зростанням. Вони проявляються, наприклад, у вигляді збільшення маси та лінійних розмірів організму, що ґрунтується на відтворенні молекул, клітин та інших біологічних структур.

Розвиток організму- це поява якісних відмінностей у структурі, ускладнення функцій тощо. буд., що виходить з диференціюванні клітин.

Зростання організмів може продовжуватися все життя або закінчуватися на якомусь певному етапі. У першому випадку говорять про необмеженому, або відкритому зростанні. Він характерний для рослин та грибів. У другому випадку ми маємо справу з обмеженим, або закритим зростанням, властивим тваринам та бактеріям.

Тривалість існування окремої клітини, організму, виду та інших біологічних систем обмежена в часі в основному через вплив факторів навколишнього середовища, тому потрібне постійне відтворення цих систем. В основі відтворення клітин та організмів лежить процес самоподвоєння молекул ДНК. Розмноження організмів забезпечує існування виду, а розмноження всіх видів, що населяють Землю, забезпечує біосферу.

Спадковістюназивають передачу ознак батьківських форм у ряді поколінь.

Однак, якби при відтворенні ознаки зберігалися, пристосування до умов навколишнього середовища, що змінюються, було б неможливим. У зв'язку з цим виникла протилежна спадковість властивість - мінливість.

Мінливість- це можливість набуття протягом життя нових ознак та властивостей, що забезпечує еволюцію та виживання найбільш пристосованих видів.

Еволюція- це незворотний процес історичного поступу живого.

Вона базується на прогресивне розмноження, спадкову мінливість, боротьбу за існуванняі природному відборі. Дія цих факторів призвела до величезної різноманітності форм життя, пристосованих до різних умов довкілля. Прогресивна еволюція пройшла ряд ступенів: доклітинних форм, одноклітинних організмів, багатоклітинних, що ускладнюються, аж до людини.

Генетика, її завдання. Спадковість та мінливість – властивості організмів. Методи генетики. Основні генетичні поняття та символіка. Хромосомна теорія спадковості. Сучасні уявлення про ген і геном

Генетика, її завдання

Успіхи природознавства та клітинної біології у XVIII–XIX століттях дозволили ряду вчених висловити припущення існування якихось спадкових чинників, визначальних, наприклад, розвиток спадкових хвороб, проте ці припущення були підкріплені відповідними доказами. Навіть сформульована Х. де Фрізом в 1889 році теорія внутрішньоклітинного пангенезу, яка передбачала існування в ядрі клітини деяких «пангенів», що визначають спадкові задатки організму, і вихід у протоплазму тільки тих, які визначають тип клітини, не змогла змінити ситуацію, як і теорія «зародкової плазми» А. Вейсмана, за якою набуті у процесі онтогенезу ознаки не успадковуються.

Лише праці чеського дослідника Г. Менделя (1822-1884) стали основним каменем сучасної генетики. Однак, незважаючи на те, що його праці цитувалися у наукових фахових виданнях, сучасники не звернули на них уваги. І лише повторне відкриття закономірностей незалежного успадкування одразу трьома вченими - Е. Чермаком, К. Корренсом і Х. де Фрізом - змусило наукову громадськість звернутися до джерел генетики.

Генетика- це наука, що вивчає закономірності спадковості та мінливості та методи управління ними.

Завданнями генетикина сучасному етапі є дослідження якісних та кількісних характеристик спадкового матеріалу, аналіз структури та функціонування генотипу, розшифрування тонкої структури гена та методів регуляції генної активності, пошук генів, що викликають розвиток спадкових хвороб людини та методів їх «виправлення», створення нового покоління лікарських препаратів за типом ДНК-вакцин, конструювання за допомогою засобів генної та клітинної інженерії організмів з новими властивостями, які могли б виробляти необхідні людині лікарські препарати та продукти харчування, а також повне розшифрування геному людини.

Спадковість та мінливість - властивості організмів

Спадковість- це здатність організмів передавати свої ознаки та властивості у ряді поколінь.

Мінливість- властивість організмів набувати нових ознак протягом життя.

Ознаки- це будь-які морфологічні, фізіологічні, біохімічні та інші особливості організмів, за якими одні з них відрізняються від інших, наприклад, колір очей. Властивостіж називають будь-які функціональні особливості організмів, основу яких лежить певний структурний ознака чи група елементарних ознак.

Ознаки організмів можна поділити на якісніі кількісні. Якісні ознаки мають два-три контрастні прояви, які називають альтернативними ознаками,наприклад, блакитний і карий колір очей, тоді як кількісні (подійність корів, врожайність пшениці) не мають чітко виражених відмінностей.

Матеріальним носієм спадковості є ДНК. У еукаріотів розрізняють два типи спадковості: генотипічнуі цитоплазматичну. Носії генотипної спадковості локалізовані в ядрі і далі йтиметься саме про неї, а носіями цитоплазматичної спадковості є кільцеві молекули ДНК, що знаходяться в мітохондріях і пластидах. Цитоплазматична спадковість передається в основному з яйцеклітиною, тому називається також материнської.

У мітохондріях клітин людини локалізована невелика кількість генів, проте їх зміна може істотно впливати на розвиток організму, наприклад, призводити до розвитку сліпоти або поступового зниження рухливості. Пластиди відіграють не менш важливу роль у житті рослин. Так, в деяких ділянках листа можуть бути безхлорофільні клітини, що призводить, з одного боку, до зниження продуктивності рослини, а з іншого - такі ряболисті організми цінуються в декоративному озелененні. Відтворюються такі екземпляри в основному безстатевим способом, тому що при статевому розмноженні частіше виходять звичайні зелені рослини.

Методи генетики

1. Гібридологічний метод, або метод схрещувань, полягає у підборі батьківських особин та аналізі потомства. При цьому про генотип організму судять за фенотиповими проявами генів у нащадків, отриманих за певної схеми схрещування. Це найстаріший інформативний метод генетики, який найповніше вперше застосував Г. Мендель разом із статистичним методом. Даний метод не застосовується в генетиці людини з етичних міркувань.

2. Цитогенетичний метод заснований на дослідженні каріотипу: числа, форми та величини хромосом організму. Вивчення цих особливостей дозволяє виявити різноманітні патології розвитку.

3. Біохімічний метод дозволяє визначати вміст різних речовин в організмі, особливо їх надлишок або недолік, а також активність цілого ряду ферментів.

4. Молекулярно-генетичні методи спрямовані на виявлення варіацій у структурі та розшифровку первинної послідовності нуклеотидів досліджуваних ділянок ДНК. Вони дозволяють виявити гени спадкових хвороб навіть у ембріонів, встановити батьківство тощо.

5. Популяційно-статистичний метод дозволяє визначити генетичний склад популяції, частоту певних генів та генотипів, генетичний вантаж, а також намітити перспективи розвитку популяції.

6. Метод гібридизації соматичних клітин у культурі дозволяє визначити локалізацію певних генів у хромосомах при злитті клітин різних організмів, наприклад, миші та хом'яка, миші та людини тощо.

Основні генетичні поняття та символіка

Ген- це ділянка молекули ДНК, або хромосоми, що несе інформацію про певну ознаку або властивість організму.

Деякі гени можуть впливати на прояв відразу кількох ознак. Таке явище називається плейотропією. Наприклад, ген, що зумовлює розвиток спадкового захворювання на арахнодактилію (павучі пальці), викликає також викривлення кришталика, патології багатьох внутрішніх органів.

Кожен ген займає в хромосомі строго певне місце. локус. Так як в соматичних клітинах більшості еукаріотичних організмів парні хромосоми (гомологічні), то в кожній з парних хромосом знаходиться по одній копії гена, що відповідає за певну ознаку. Такі гени називаються алельними.

Алельні гени найчастіше існують у двох варіантах – домінантному та рецесивному. Домінантноюназивають аллель, яка проявляється незалежно від того, який ген знаходиться в іншій хромосомі, і пригнічує розвиток ознаки, що кодується рецесивним геном. Домінантні алелі позначаються зазвичай великими літерами латинського алфавіту (A, B, C та ін), а рецесивні - малими (a, b, c та ін). Рецесивніалелі можуть проявлятися тільки в тому випадку, якщо вони займають локуси обох парних хромосомах.

Організм, у якого в обох гомологічних хромосомах знаходяться однакові алелі, називається гомозиготнимза цим геном, або гомозиготою(AA, aa, ААBB, ааbb і т. д.), а організм, у якого в обох гомологічних хромосомах знаходяться різні варіанти гена – домінантний та рецесивний – називається гетерозиготнимза цим геном, або гетерозиготою(Aa, АаBb тощо).

Ряд генів може мати три і більше структурних варіанти, наприклад, групи крові за системою AB0 кодуються трьома алелями - I A , I B , i. Таке явище називається множинним алелізмом.Однак навіть у цьому випадку кожна хромосома з пари несе лише одну аллель, тобто всі три варіанти гена в одного організму не можуть бути представлені.

Геном- Сукупність генів, характерна для гаплоїдного набору хромосом.

Генотип- Сукупність генів, характерна для диплоїдного набору хромосом.

Фенотип- сукупність ознак та властивостей організму, яка є результатом взаємодії генотипу та навколишнього середовища.

Оскільки організми відрізняються між собою багатьма ознаками, встановити закономірності їх успадкування можна лише за аналізі двох і більше ознак у потомстві. Схрещування, при якому розглядається успадкування та проводиться точний кількісний облік потомства за однією парою альтернативних ознак, називається моногібриднім, по двох парах - дигібридним, за більшою кількістю ознак - полігібридним.

За фенотипом особини далеко не завжди можна встановити її генотип, оскільки як гомозиготний за домінантним геном організм (АА), так і гетерозиготний (Аа) матиме у фенотипі прояв домінантної алелі. Тому для перевірки генотипу організму з перехресним заплідненням застосовують аналізуюче схрещування- схрещування, при якому організм з домінантною ознакою схрещується з гомозиготним за рецесивним геном. При цьому гомозиготний за домінантним геном організм не даватиме розщеплення у потомстві, тоді як у потомстві гетерозиготних особин спостерігається рівна кількість особин з домінантною та рецесивною ознаками.

Для запису схем схрещувань найчастіше застосовуються такі умовні позначення:

Р (від лат. парента- Батьки) - Батьківські організми;

$♀$ (алхімічний знак Венери - дзеркало з ручкою) - материнська особина;

$♂$ (алхімічний знак Марса - щит та спис) - батьківська особина;

$×$ - знак схрещування;

F 1 , F 2 , F 3 і т. д. - гібриди першого, другого, третього та наступних поколінь;

F а – потомство від аналізуючого схрещування.

Хромосомна теорія спадковості

Основоположник генетики Р. Мендель, як і його найближчі послідовники, не мали ні найменшого уявлення про матеріальну основу спадкових задатків, чи генів. Проте вже в 1902–1903 роках німецький біолог Т. Бовері та американський студент У. Сеттон незалежно один від одного припустили, що поведінка хромосом при дозріванні клітин та заплідненні дозволяє пояснити розщеплення спадкових факторів за Менделем, тобто, на їхню думку, гени повинні бути розташовані у хромосомах. Ці припущення стали наріжним каменем хромосомної теорії спадковості.

У 1906 році англійські генетики У. Бетсон і Р. Пеннет виявили порушення менделівського розщеплення при схрещуванні запашного горошку, а їхній співвітчизник Л. Донкастер в експериментах з метеликом агресивною п'ядечкою відкрив зчеплене зі статтю спадкування. Результати цих експериментів явно суперечили менделевським, але з огляду на те, що на той час вже було відомо про те, що кількість відомих ознак для експериментальних об'єктів набагато перевищувала кількість хромосом, а це наводило на думку, що кожна хромосома несе більше одного гена, а гени однієї хромосоми успадковуються разом.

У 1910 році починаються експерименти групи Т. Моргана на новому експериментальному об'єкті – плодовій мушці дрозофілі. Результати цих експериментів дозволили до середини 20-х років XX століття сформулювати основні положення хромосомної теорії спадковості, визначити порядок розташування генів у хромосомах та відстані між ними, тобто скласти перші карти хромосом.

Основні положення хромосомної теорії спадковості:

1. Гени розташовані у хромосомах. Гени однієї хромосоми успадковуються спільно, або зчеплено, і називаються групою зчеплення. Число груп зчеплення чисельно дорівнює гаплоїдного набору хромосом.
2. Кожен ген займає у хромосомі строго певне місце – локус.
3. Гени у хромосомах розташовані лінійно.
4. Порушення зчеплення генів відбувається лише в результаті кросинговеру.
5. Відстань між генами в хромосомі пропорційна відсотку кросинговеру між ними.
6. Незалежне успадкування характерне лише генів негомологічних хромосом.

Сучасні уявлення про ген і геном

На початку 40-х років ХХ століття Дж. Бідл та Е. Тейтум, аналізуючи результати генетичних досліджень, проведених на грибі нейроспорі, дійшли висновку, що кожен ген контролює синтез якогось ферменту, і сформулювали принцип «один ген – один фермент» .

Проте вже 1961 року Ф. Жакобу, Ж. Л. Моно та О. Львову вдалося розшифрувати структуру гена кишкової палички та дослідити регуляцію його активності. За це відкриття їм у 1965 році було присуджено Нобелівську премію з фізіології та медицини.

У процесі дослідження, крім структурних генів, які контролюють розвиток певних ознак, їм вдалося виявити і регуляторні, основною функцією яких є прояв ознак, що кодуються іншими генами.

Структура прокаріотичного гена.Структурний ген прокаріот має складну будову, оскільки до його складу входять регуляторні ділянки та послідовності, що кодують. До регуляторних ділянок відносяться промотор, оператор та термінатор. Промоторомназивають ділянку гена, до якого прикріплюється фермент РНК-полімераза, що забезпечує синтез іРНК у процесі транскрипції. З оператором, що знаходиться між промотором і структурною послідовністю, може зв'язуватися білок-репресор, що не дозволяє РНК-полімеразі почати зчитування спадкової інформації з послідовності, що кодує, і тільки його видалення дозволяє почати транскрипцію. Структура репресора зазвичай закодована в регуляторному гені, що знаходиться в іншій ділянці хромосоми. Зчитування інформації закінчується на ділянці гена, що називається термінатором.

Кодуюча послідовністьструктурного гена містить інформацію про послідовність амінокислот у відповідному білку Кодуючу послідовність у прокаріотів називають цистроном, а сукупність кодуючих та регуляторних ділянок гена прокаріотів - опероном. Загалом прокаріоти, до яких належить і кишкова паличка, мають порівняно невелику кількість генів, які розташовані в єдиній кільцевій хромосомі.

Цитоплазма прокаріотів може містити також додаткові невеликі кільцеві або незамкнуті молекули ДНК, які називаються плазмідами. Плазміди здатні вбудовуватися в хромосоми та передаватися від однієї клітини до іншої. Вони можуть нести інформацію про статеві ознаки, патогенність та стійкість до антибіотиків.

Структура еукаріотичного гена.На відміну від прокаріотів, гени еукаріотів не мають оперонної структури, оскільки не містять оператора, і кожен структурний ген супроводжується тільки промотором і термінатором. Крім того, в генах еукаріотів значущі ділянки ( екзони) чергуються з незначними ( інтронами), які повністю переписуються на іРНК, а потім вирізуються в процесі їхнього дозрівання. Біологічна роль інтронів полягає у зниженні ймовірності мутацій у значних ділянках. Регуляція генів еукаріотів набагато складніша, ніж описана для прокаріотів.

Геном людини. У кожній клітині людини в 46 хромосомах знаходиться близько 2 м ДНК, щільно упакованої в подвійну спіраль, яка складається приблизно з 3,2 $×$ 109 нуклеотидних пар, що забезпечує близько 10 1900000000 можливих унікальних комбінацій. До кінця 80-х років ХХ століття було відомо розташування приблизно 1500 генів людини, проте їх загальну кількість оцінювали приблизно в 100 тис., оскільки тільки спадкових хвороб у людини є приблизно 10 тис., не кажучи вже про кількість різноманітних білків, що містяться в клітинах .

1988 року стартував міжнародний проект «Геном людини», який до початку XXI століття закінчився повним розшифруванням послідовності нуклеотидів. Він дав можливість зрозуміти, що дві різні людини на 99,9% мають подібні послідовності нуклеотидів, і лише 0,1%, що залишаються, визначають нашу індивідуальність. Усього було виявлено приблизно 30-40 тис. структурних генів, проте потім їх кількість була знижена до 25-30 тис. Серед цих генів є не тільки унікальні, а й сотні, що повторюються, і тисячі разів. Проте дані гени кодують набагато більше білків, наприклад десятки тисяч захисних білків - імуноглобулінів.

97% нашого геному є генетичним «сміттям», яке існує тільки тому, що вміє добре відтворюватись (РНК, які транскрибуються на цих ділянках, ніколи не залишають ядро). Наприклад, серед наших генів є не лише «людські» гени, а й 60% генів, схожих на гени мушки дрозофіли, а з шимпанзе нас ріднить до 99% генів.

Паралельно з розшифровкою геному відбувалося і картування хромосом, внаслідок цього вдалося не тільки виявити, а й визначити розташування деяких генів, які відповідають за розвиток спадкових захворювань, а також генів-мішеней лікарських препаратів.

Розшифровка геному людини поки що не дає прямого ефекту, оскільки ми отримали своєрідну інструкцію зі збирання такого складного організму, як людина, але не навчилися виготовляти його або хоча б виправляти похибки в ньому. Проте ера молекулярної медицини вже на порозі, в усьому світі йде розробка так званих генопрепаратів, які зможуть блокувати, видаляти чи навіть замінювати патологічні гени у живих людей, а не лише у заплідненій яйцеклітині.

Не слід забувати і про те, що в еукаріотичних клітинах ДНК міститься не тільки в ядрі, але також у мітохондріях та пластидах. На відміну від ядерного геному, організація генів мітохондрій та пластид має багато спільного з організацією геному прокаріотів. Незважаючи на те, що ці органели несуть менше 1% спадкової інформації клітини і не кодують навіть повного набору білків, необхідних для їх власного функціонування, вони здатні суттєво впливати на деякі ознаки організму. Так, ряболистість у рослин хлорофітуму, плюща та інших успадковує незначну кількість нащадків навіть при схрещуванні двох ряболистих рослин. Це зумовлено тим, що пластиди та мітохондрії передаються здебільшого з цитоплазмою яйцеклітини, тому така спадковість називається материнською, або цитоплазматичною, на відміну від генотипічної, яка локалізується в ядрі.

ТЕОРЕТИЧНИЙ МАТЕРІАЛ

Біологія як наука. МЕТОДИ БІОЛОГІЇ

Біологія - наука про життя, її закономірності та форми прояви, про існування та поширення її в часі та просторі. Вона досліджує походження життя та його сутність, розвиток, взаємозв'язки та різноманіття. Біологія відноситься до природничих наук.

Вперше термін «біологія» вжив німецький професор анатомії Т. Руз у 1779р. Однак загальноприйнятим він став у 1802 р., після того, як його став вживати у своїх роботах французький натураліст Ж.-Б. Ламарк.

Сучасна біологія є комплексною наукою, що складається з низки самостійних наукових дисциплін зі своїми об'єктами дослідження.

БІОЛОГІЧНІ ДИСЦИПЛІНИ

Ботаніка- наука про рослини,

Зоологія- наука про тварин,

Мікологія- про гриби,

Вірусологія- про віруси,

Мікробіологія- Про бактерії.

Анатомія- Наука, що вивчає внутрішню будову організмів (окремих органів, тканин). Анатомія рослин вивчає будову рослин, анатомія тварин – будову тварин.

Морфологія- наука, що вивчає зовнішню будову організмів

Фізіологія- Наука, що вивчає процеси життєдіяльності організму, функції окремих органів.

Гігієна- наука про збереження та зміцнення здоров'я людини.

Цитологія- наука про клітину.

Гістологія- наука про тканини.

Систематика- Наука, про класифікацію живих організмів. Класифікація - поділ організмів на групи (види, роду, сімейства тощо. буд.) виходячи з особливостей будови, походження, розвитку та інших.

Палеонтологія- Наука, що вивчає викопні останки (відбитки, скам'янілості та ін) організмів.

Ембріологія- наука, що вивчає індивідуальний (зародковий) розвиток організмів.

Екологія- наука, що вивчає взаємовідносини організмів один з одним та з навколишнім середовищем.

Етологія- Наука про поведінку тварин.

Генетика- наука про закономірності спадковості та мінливості.

Селекція- наука, про виведення нових та поліпшенням існуючих порід домашніх тварин, сортів культурних рослин та штамів бактерій та грибів.

Еволюційне вчення- вивчає питання виникнення та закони історичного розвитку життя на Землі.

Антропологія- наука про виникнення та розвиток людини.

Клітинна інженерія- Напрямок науки, що займається отриманням гібридних клітин. Прикладом може бути гібридизація ракових клітин та лімфоцитів, злиття протопластів різних рослинних клітин, а також клонування.

Генна інженерія- Напрямок науки, що займається отриманням гібридних молекул ДНК або РНК. Якщо клітинна інженерія працює лише на рівні клітини, то генна працює на молекулярному рівні. У разі фахівці «пересаджують» гени одного організму іншому. Одним із результатів генної інженерії є отримання генетично модифікованих організмів (ГМО).

Біоніка- Напрямок у науці, що займається пошуком можливостей застосування принципів організації, властивостей та структур живої природи в технічних пристроях.

Біотехнологія- дисципліна, вивчає можливості використання організмів чи біологічних процесів отримання речовин, необхідних людині. Зазвичай у біотехнологічних процесах використовуються бактерії та гриби.

ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИ БІОЛОГІЇ

Метод – це спосіб пізнання дійсності.

1. Спостереження та опис.

2. Вимірювання

3. Порівняння

4. Експеримент чи досвід

5. Моделювання

6. Історичний.

ЕТАПИ наукового дослідження

Проводиться спостереженнянад об'єктом чи явищем

на основі отриманих даних висувається гіпотеза

проводиться науковий експеримент(З контрольним досвідом)

перевірена в ході експерименту гіпотеза може бути названа
теорієюабо законом

ВЛАСТИВОСТІ ЖИВОГО

Обмін речовин (метаболізм) та потік енергії- найважливіша властивість живого. Усі живі організми поглинають необхідні їм речовини із довкілля і виділяють у ній продукти життєдіяльності.

Єдність хімічного складу.Серед хімічних елементів у живих організмах переважають вуглець, кисень, водень та азот. Крім того, найважливішою ознакою живих організмів є наявність органічних речовин: жирів, вуглеводів, білків і нуклеїнових кислот.

Клітинна будова.Усі організми складаються із клітин. Неклітинну будову мають тільки віруси, але і вони виявляють ознаки живого, тільки потрапивши в клітину-господаря.

Подразливість- Здатність організму реагувати на зовнішні або внутрішні впливи.

Самовідтворення.Усі живі організми здатні до розмноження, т. е. відтворення собі подібних. Відтворення організмів відбувається відповідно до генетичної програми, записаної в молекулах ДНК.

Спадковість та мінливість.

Спадковість - властивість організмів, що передавати свої ознаки нащадкам. Спадковість забезпечує наступність життя. Мінливість – здатність організмів набувати нових ознак у процесі свого розвитку. Спадкова мінливість є важливим чинником еволюції.

Зростання та розвиток.

Зростання – кількісні зміни (наприклад, збільшення маси).

Розвиток - якісні зміни (наприклад, формування систем органів, цвітіння та плодоношення).

Саморегуляція -здатність організмів підтримувати сталість свого хімічного складу та процесів життєдіяльності. гомеостаз.

Пристосованість (адаптація)

Ритмічність -періодичні зміни інтенсивності фізіологічних функцій із різними періодами коливань (добові, сезонні ритми). (Наприклад, фотоперіодизм – реакція організму на довжину світлового дня).

Рівні організації життя

Номер рівня	Назва	Чим представлений
	Біосферний	Сукупність усіх екосистем планети
	Екосистемний (Біогеоценотичний)	Система популяцій різних видів у їх взаємозв'язку між собою та навколишнім середовищем	Саванна, тундра
	Популяційно- видовий	Сукупність популяцій, утворюють види	Ведмеді білі, кити сині
	Організмовий	Організм як цілісна система	Бактерія, мавпа
	Клітинний	Клітина та її структурні компоненти	Еритроцити, мітохондрії, хлоропласти
	Молекулярний	Органічні та неорганічні речовини	Білки, вуглеводи; Вода, іони солей

Тестові завдання у форматі ОДЕ

Яка наука вивчає сортову різноманітність рослин?

1) фізіологія 2) систематика 3) екологія 4) селекція

2. З'ясувати, чи необхідне світло для утворення крохмалю в листі, можна за допомогою

1) описи органів рослин 2) порівняння рослин різних природних зон

3) спостереження за зростанням рослини 4) експерименту з фотосинтезу

3. У якій галузі біології було розроблено клітинна теорія?

1) вірусології 2) цитології 3) анатомії 4) ембріології

4. Для поділу органоїдів клітини за густиною Ви виберете метод

1) спостереження 2) хроматографії 3) центрифугування 4) випарювання

5.На фотографії зображено модель фрагмента ДНК. Який метод дозволив вченим створити таке тривимірне зображення молекули?

1) класифікації 2) експерименту 3) спостереження 4) моделювання

6. На фотографії зображено шарострижневий фрагмент ДНК. Який метод дозволив вченим створити таке тривимірне зображення молекули?

класифікації 2) експерименту 3) спостереження 4) моделювання

7. Застосування якогось наукового методу ілюструє сюжет картини голландського художника Я. Стіна «Пульс», написаної в середині XVII ст.?

1) моделювання 2) вимір 3) експеримент 4) спостереження

8. Вивчіть графік, що відображає процес зростання та розвитку комахи.

Визначте довжину комахи на 30-й день її розвитку.

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

9. Кого з цих учених вважають творцем еволюційного вчення?

1) І.І. Мечникова 2) Л. Пастера 3) Ч. Дарвіна 4) І.П. Павлова

10. Яка наука вивчає сортове розмаїття рослин?

1) фізіологія 2) систематика 3) екологія 4) селекція

11. Виберіть пару тварин, в експериментах з якими були зроблені основні відкриття в галузі фізіології тварин та людини.

1) кінь та корова 2) бджола та метелик 3) собака та жаба 4) ящірка та голуб

12. У якій галузі біології було розроблено клітинна теорія?

1) вірусології 2) цитології 3) анатомії 4) ембріології

13. Точно встановити рівень впливу добрив на зростання рослин можна методом

1) експерименту 2) моделювання 3) аналізу 4) спостереження

14. Прикладом застосування експериментального методу дослідження є

1) опис будови нового рослинного організму

2)порівняння двох мікропрепаратів з різними тканинами

3) підрахунок пульсу у людини до і після навантаження

4) формулювання положення на основі одержаних фактів

15. Мікробіолог хотів дізнатися, наскільки швидко розмножується один із видів бактерій у різних поживних середовищах. Він узяв дві колби, заповнив їх до половини різними живильними середовищами і помістив приблизно однакову кількість бактерій. Кожні 20 хвилин він видобував проби і підраховував у них кількість бактерій. Дані його дослідження відображені у таблиці.

Вивчіть таблицю «Зміна швидкості розмноження бактерій за певний час» та дайте відповідь на запитання.

Зміна швидкості розмноження бактерій за певний час

Час після введення бактерій у культуру, хв.	Число бактерій у колбі 1	Число бактерій у колбі 2

1) Скільки бактерій помістив учений у кожну колбу на початку експерименту?

2) Як змінювалася швидкість розмноження бактерій протягом експерименту у кожній колбі?

3) Чим можна пояснити отримані результати?

Література

Кам'янський А.А., Криксунов Є.А., Пасічник В.В. Біологія Загальна біологія 9 клас: навч. для загальноосвітньої установи. М: Дрофа, 2013.

Заєць Р.Г., Рачковська І.В., Бутиловський В.Е., Давидов В.В. Біологія для абітурієнтів: питання, відповіді, тести, завдання. - Мінськ: Юніпрес, 2011.-768 с.

«Вирішу ОДЕ»: біологія. Навчальна система Дмитра Гущина [Електронний ресурс] - URL: http:// oge.sdamgia.ru

А1 РОЛЬ БІОЛОГІЇ У ФОРМУВАННІ СУЧАСНОЇ ПРИРОДНОНАУКОВОЇ КАРТИНИ СВІТУ, У ПРАКТИЧНІЙ ДІЯЛЬНОСТІ ЛЮДЕЙ.

Блок 1. Біологія як наука. Методи наукового пізнання 1.1. Біологія як наука, її здобутки, методи пізнання живої природи. Роль біології у формуванні сучасної природничо картини світу. Біологія як наука Біологія (від грец. Біос – життя, логос – слово, наука) – це комплекс наук про живу природу. Предметом біології є всі прояви життя: будова та функції живих істот, їхня різноманітність, походження та розвиток, а також взаємодія з навколишнім середовищем. Основне завдання біології як науки полягає в тлумаченні всіх явищ живої природи на науковій основі, враховуючи при цьому, що цілому організму властиві властивості, що докорінно відрізняються від його складових. Термін «біологія» зустрічається у працях німецьких анатомів Т. Роозе (1779) та К.-Ф. Бурдаха (1800), однак тільки в 1802 він був вперше вжитий незалежно один від одного Ж.-Б. Ламарком та Г.-Р. Тревіранусом для позначення науки, що вивчає живі організми. Біологічні науки В даний час до складу біології включають цілу низку наук, які можна систематизувати за такими критеріями: по предмету і переважним методам дослідження і за рівнем організації живої природи, що вивчається. На предмет дослідження біологічні науки ділять на бактеріологію, ботаніку, вірусологію, зоологію, мікологію. Ботаніка - це біологічна наука, що комплексно вивчає рослини та рослинний покрив Землі. Зоологія - розділ біології, наука про різноманіття, будову, життєдіяльність, поширення та взаємозв'язки тварин з довкіллям, їх походження та розвиток. Бактеріологія - біологічна наука, що вивчає будову та життєдіяльність бактерій, а також їх роль у природі. Вірусологія - Біологічна наука, що вивчає віруси. Основним об'єктом мікології є гриби, їх будова та особливості життєдіяльності. Ліхенологія - Біологічна наука, що вивчає лишайники. Бактеріологія, вірусологія та деякі аспекти мікології часто розглядаються у складі мікробіології - розділу біології, науці про мікроорганізми (бактерії, віруси та мікроскопічні гриби). Систематика, або таксономія , - біологічна наука, яка описує та класифікує за групами всі живі та вимерлі істоти. У свою чергу, кожна з перерахованих біологічних наук поділяється на біохімію, морфологію, анатомію, фізіологію, ембріологію, генетику та систематику (рослин, тварин чи мікроорганізмів). Біохімія - це наука про хімічний склад живої матерії, хімічні процеси, що відбуваються в живих організмах і лежать в основі їхньої життєдіяльності. Морфологія - біологічна наука, що вивчає форму та будову організмів, а також закономірності їх розвитку. У широкому значенні вона включає цитологію, анатомію, гістологію і ембріологію. Розрізняють морфологію тварин та рослин. Анатомія - це розділ біології (точніше - морфології), наука, що вивчає внутрішню будову та форму окремих органів, систем та організму в цілому. Анатомія рослин розглядається у складі ботаніки, анатомія тварин – у складі зоології, а анатомія людини є окремою наукою. Фізіологія - біологічна наука, що вивчає процеси життєдіяльності рослинних та тваринних організмів, їх окремих систем, органів, тканин та клітин. Існують фізіологія рослин, тварин та людини. Ембріологія (Біологія розвитку) - розділ біології, наука про індивідуальний розвиток організму, у тому числі розвиток зародка. Об'єктом генетики є закономірності спадковості та мінливості . В даний час це одна з найбільш біологічних наук, що найбільш динамічно розвиваються. За рівнем організації живої природи виділяють молекулярну біологію, цитологію, гістологію, органологію, біологію організмів і надорганізмових систем. Молекулярна біологія є одним із наймолодших розділів біології, наука, що вивчає, зокрема, організацію спадкової інформації та біосинтез білка. Цитологія або клітинна біологія , - біологічна наука, об'єктом вивчення якої є клітини як одноклітинних, і багатоклітинних організмів. Гістологія біологічна наука, розділ морфології, об'єктом якої є будова тканин рослин та тварин. До сфери органології відносять морфологію, анатомію та фізіологію різних органів та їх систем . Біологія організмів включає всі науки, предметом яких є живі організми, наприклад,етологію - Науку про поведінку організмів. Біологія надорганізмових систем поділяється на біогеографію та екологію. Поширення живих організмів вивчає біогеографія, тоді як екологія – організацію та функціонування надорганізмових систем різних рівнів: популяцій, біоценозу (спільнот), біогеоценозу (екосистем) та біосфери. За переважаючими методами дослідження можна виділити описову (наприклад, морфологію), експериментальну (наприклад, фізіологію) та теоретичну біологію. Виявлення та пояснення закономірностей будови, функціонування та розвитку живої природи на різних рівнях її організації є завданням загальної біології. До неї відносять біохімію, молекулярну біологію, цитологію, ембріологію, генетику, екологію, еволюційне вчення та антропологію. Еволюційне вчення вивчає причини, рушійні сили, механізми та загальні закономірності еволюції живих організмів. Одним з його розділів єпалеонтологія - Наука, предметом якої є викопні останки живих організмів. Антропологія - розділ загальної біології, наука про походження та розвиток людини як біологічного виду, а також різноманітність популяцій сучасної людини та закономірності їх взаємодії. Прикладні аспекти біології віднесені до сфери біотехнології, селекції та інших наук, що швидко розвиваються. Біотехнологією називають біологічну науку, що вивчає використання живих організмів та біологічних процесів у виробництві. Вона широко застосовується в харчовій (хлібопечення, сироробство, пивоваріння та ін.) та фармацевтичній промисловості (отримання антибіотиків, вітамінів), для очищення вод тощо. Селекція - наука про способи створення порід свійських тварин, сортів культурних рослин і штамів мікроорганізмів з корисними людині качествами. Під селекцією розуміють і сам процес зміни живих організмів, який здійснюється людиною для своїх потреб. Прогрес біології тісно пов'язаний з успіхами інших природничих і точних наук, таких як фізика, хімія, математика, інформатика та ін. процесів, що відбуваються в живих системах, було б неможливим без застосування хімічних та фізичних методів. Застосування математичних методів дозволяє, з одного боку, виявити наявність закономірного зв'язку між об'єктами чи явищами, підтвердити достовірність отриманих результатів, з другого - змоделювати явище чи процес. Останнім часом дедалі більшого значення в біології набувають комп'ютерні методи, наприклад моделювання. На стику біології та інших наук виникла низка нових наук, таких як біофізика, біохімія, біоніка та ін. БІОЛОГІЧНІ НАУКИ До групи загальних біологічних наук входять:	До групи приватних біологічних наук були об'єднані:
- цитологія – наука про клітину - гістологія – наука про тканини (групи клітин) - Систематика - наукова дисципліна, завдання якої входить розробка принципів класифікації живих організмів; - ембріологія - закономірності особливості розвитку організмів, розвиток зародка. - морфологія – наука, що вивчає зовнішню та внутрішню будову живого організму; - фізіологія - наука про закономірності функціонування життєвих процесів в організмі; - екологія - наука про відносини живих організмів та їх угруповань між собою та з навколишнім середовищем; - етологія - наука про поведінку тварин - генетика - наука про закони та механізми спадковості та мінливості; - еволюційне вчення , або еволюціоністика, - система ідей та концепцій у біології, що стверджують історичний прогресивний розвиток біосфери - палеонтологія – наука про вимерлі організми	1) мікробіологія - наука про мікроорганізми: бактерії, мікроскопічні гриби та водорості, найпростіші та віруси; 2) ботаніка - Наука про рослини; мікологія (наука про гриби), альгологія (наука про водорості), бріологія (наука про мохи) -3) зоологія - Наука, предметом вивчення якої є представники царства тварин; - антропологія - Комплекс дисциплін, що займаються вивченням людини.
	До групи комплексних біологічних наук були об'єднані:
	- біотехнологія - сукупність промислових методів, що дозволяють використовувати живі організми та їх частини для виробництва продуктів - Селекція - наука про способи створення сортів рослин, порід тварин, штамів мікроорганізмів з необхідними людині ознаками. - імунологія – наука про імунну (захисну) систему організму

Досягнення біології

Найбільш важливими подіями в галузі біології, що вплинули на весь перебіг її подальшого розвитку, є:

Встановлення молекулярної структури ДНК та її ролі у передачі інформації у живій матерії (Ф. Крік, Дж. Вотсон, М. Уілкінс);

Розшифрування генетичного коду (Р. Холлі, Х.-Г. Корану, М. Ніренберг);

Відкриття структури гена та генетичної регуляції синтезу білків (О. М. Львів, Ф. Жакоб, Ж.-Л. Моно та ін.);

Формулювання клітинної теорії (М. Шлейден, Т. Шванн, Р. Вірхов, К. Бер);

Дослідження закономірностей спадковості та мінливості (Г. Мендель, Г. де Фріз, Т. Морган та ін.);

Формулювання принципів сучасної систематики (К. Лінней), еволюційної теорії (Ч. Дарвін) та вчення про біосферу (В.І. Вернадський).

Значимість відкриттів останніх десятиліть ще належить оцінити, однак найбільшими досягненнями біології були визнані: розшифрування геному людини та інших організмів, визначення механізмів контролю потоку генетичної інформації в клітині та організмі, що формується, механізмів регуляції поділу і загибелі клітин, клонування ссавців, а також відкриття збудників коров'ячого сказу» (пріонів).

Роботи за програмою «Геном людини», які проводилися одночасно в кількох країнах і були завершені на початку нинішнього століття, привели нас до розуміння того, що людина має всього близько 25-30 тис. генів, але інформація з більшої частини нашої ДНК не зчитується ніколи, оскільки в ній міститься величезна кількість ділянок і генів, що кодують ознаки, що втратили значення для людини (хвіст, оволосіння тіла та ін.). Крім того, було розшифровано ряд генів, які відповідають за розвиток спадкових захворювань, а також генів-мішеней лікарських препаратів. Однак практичне застосування результатів, отриманих в ході реалізації цієї програми, відкладається доти, доки не будуть розшифровані геноми значної кількості людей, і тоді стане зрозуміло, у чому ж їхня відмінність. Ці цілі поставлені перед цілим рядом провідних лабораторій усього світу, які працюють над реалізацією програми ENCODE.

Найбільше значення серед досягнень біології є той факт, що вони лежать навіть в основі побудови нейронних мереж та генетичного коду в комп'ютерних технологіях, а також широко використовуються в архітектурі та інших галузях. Поза всяким сумнівом, що настало XXI століття є віком біології.
Як і будь-яка інша наука, біологія має власний арсенал способів. Крім наукового методу пізнання, що застосовується в інших галузях, у біології широко використовуються такі методи, як історичний, порівняльно-описовий та ін.

Роль біології у формуванні сучасної природничо картини світу

На етапі становлення біологія ще існувала окремо з інших наук і обмежувалася лише спостереженням, вивченням, описом і класифікацією представників тваринного й рослинного світу, т. е. була описової наукою. Однак це не завадило античним дослідникам природи Гіппократу (бл. 460-377 рр. до н. е.), Аристотелю (384-322 рр. до н. е.) і Теофрасту (справжнє ім'я Тіртам, 372-287 рр. до н. е.). е.) зробити значний внесок у розвиток уявлень про будову тіла людини і тварин, а також про біологічну різноманітність тварин і рослин, заклавши тим самим основи анатомії та фізіології людини, зоології та ботаніки.

Поглиблення знань про живу природу та систематизація раніше накопичених фактів, що відбувалися у XVI-XVIII століттях, увінчалися запровадженням бінарної номенклатури та створенням стрункої систематики рослин (К. Лінней) та тварин (Ж.-Б. Ламарк).

Опис значної кількості видів із подібними морфологічними ознаками, і навіть палеонтологічні знахідки стали передумовами розвитку уявлень про походження видів тварин і шляхи історичного поступу органічного світу. Так, досліди Ф. Реді, Л. Спалланцані та Л. Пастера в XVII-XIX століттях спростували гіпотезу спонтанного самозародження, висунуту ще Аристотелем і що існувала в середні віки, а теорія біохімічної еволюції А. І. Опаріна та Дж. Холдейна, блискуче підтвердила .Міллером і Г. Юрі, дозволила дати відповідь на питання про походження всього живого.

Якщо сам процес виникнення живого з неживих компонентів та його еволюція власними силами вже не викликають сумнівів, то механізми, шляхи та напрями історичного розвитку органічного світу все ще до кінця не з'ясовані, оскільки жодна з двох основних конкуруючих між собою теорій еволюції (синтетична теорія еволюції, створена з урахуванням теорії Ч. Дарвіна, і теорія Ж.-Б. Ламарка) досі що неспроможні пред'явити вичерпних доказів.

Застосування мікроскопії та інших методів суміжних наук, зумовлене прогресом у галузі інших природничих наук, а також впровадження практики експерименту дозволило німецьким ученим Т. Шванну та М. Шлейдену ще в XIX столітті сформулювати клітинну теорію, пізніше доповнену Р. Вірховим та К. Бером. Вона стала найважливішим узагальненням у біології, яке наріжним каменем лягло в основу сучасних уявлень про єдність органічного світу.

Відкриття закономірностей передачі спадкової інформації чеським ченцем Г. Менделем послужило поштовхом до подальшого бурхливого розвитку біології в XX-XXI століттях і призвело не тільки до відкриття універсального носія спадковості - ДНК, а й генетичного коду, а також фундаментальних механізмів контролю, зчитування та мінливості спадкової. .

Розвиток уявлень про навколишнє середовище призвело до виникнення такої науки, як екологія, та формулювання вчення про біосферу як про складну багатокомпонентну планетарну систему пов'язаних між собою величезних біологічних комплексів, а також хімічних та геологічних процесів, що відбуваються на Землі (В.І. Вернадський), що, зрештою, дозволяє хоча б у невеликій мірі зменшити негативні наслідки господарської діяльності людини.
Таким чином, біологія зіграла важливу роль у становленні сучасної природничо картини світу.

Вчені – біологи

У. Гарві відкрив механізм кровообігу; виготовив мікроскоп заклали основи сучасної анатомії та фізіології;

Р.Гук описав клітинну будову пробки (рослини); ввів термін «клітина»;

О.Левенгук спостерігав під мікроскопом (збільшуючим у 300 разів) найпростіших, бактерії, сперматозоїди;

К.Бер спостерігав яйцеклітину ссавців;

Р.Броун відкрив клітинне ядро;

К. Лінней створив систему класифікації рослин та тварин;

Т.Шванн, М.Шлейден незалежно один від одного сформулювали клітинну теорію,

Р.Вірхов створив вчення про клітинну патологію, ввів постулат: «кожна клітина із клітини»;

Ч. Дарвін створив еволюційну теорію;

Г.Мендель відкрив закон наслідування ознак, що сприяло народженню генетики як науки;

Л.Пастер відкрив принцип вакцин, заклав основи мікробіології та імунології;

Чарльз Дарвін створив цілісну теорію еволюції шляхом природного відбору.

І.Мечніков сформулював фагоцитарну теорію,

І.Павлов - Вчення про рефлекс

А. Гумбольдт досліджували взаємодію організмів з навколишнім середовищем та його залежність від географії

К. Ландштейнер відкрив групи крові людини,

Грегор Мендель , закони генетики

Дж. Вотсон та Ф.Крік розшифрували структури ДНК

В.І.Вернадський про зв'язки живих організмів із неживою природою (вчення про біосферу).

МЕТОДИ БІОЛОГІЧНИХ НАУК

Найбільш загальними методами дослідження біології є:

спостереження (дозволяє описати біологічні явища),

порівняння (дає можливість знайти загальні закономірності у будові та життєдіяльності різних організмів),

експеримент, чи досвід, моделювання (допомагає вивчати властивості біологічних об'єктів у контрольованих умовах, імітуються багато процесів, недоступних для безпосереднього спостереження або експериментального відтворення),

історичний метод (дозволяє на основі даних про сучасний органічний світ та його минуле пізнати процеси розвитку живої природи)

Науковий метод - сукупність основних способів отримання нових знань та методів вирішення задач у рамках будь-якої науки.

Науковий метод передбачає певний системний підхід:

Спостереження фактів та його вимір, тобто. опис спостереження - кількісне і якісне.

Науковий метод пізнання включає спостереження, формулювання гіпотез, експеримент, моделювання, аналіз результатів і виведення загальних закономірностей (рис. 1.).

Мал. 1. Схематичне зображення наукового методу дослідження

Спостереження

Спостереження - Це цілеспрямоване сприйняття об'єктів та явищ за допомогою органів чуття або приладів, обумовлене завданням діяльності.

Основною умовою наукового спостереження є його об'єктивність, тобто можливість перевірки даних шляхом повторного спостереження або застосування інших методів дослідження, наприклад експерименту. Отримані внаслідок спостереження факти називаються даними. Вони можуть бути як якісними (що описують запах, смак, колір, форму тощо), так і кількісними, причому кількісні дані є більш точними, ніж якісні.

Аналіз отриманих результатів - систематизація, виявлення головного та другорядного.

Узагальнення - Формулювання гіпотез і потім вже - теорій.

Прогноз: формулювання наслідків із запропонованої гіпотези чи прийнятої теорії за допомогою дедукції, індукції чи інших логічних методів.

Перевірка прогнозованих наслідків за допомогою експерименту.

Зверніть увагу на 5-ий пункт. Без нього не можна вважати науковий підхід!

Важливо розуміти різницю між поняттями гіпотеза і теорія.

На основі даних спостережень формулюєтьсягіпотеза - Імовірне судження про закономірний зв'язок явищ. Гіпотеза піддається перевірці у серії експериментів. Експериментом називається науково поставлений досвід, спостереження досліджуваного явища в контрольованих умовах, що дозволяють виявити характеристики об'єкта чи явища. Вищою формою експерименту є моделювання - дослідження будь-яких явищ, процесів чи систем об'єктів шляхом побудови та вивчення їх моделей.Гіпотеза - це твердження, припущення, яке ще доведено.

Результати експерименту та моделювання зазнають ретельного аналізу. Аналізом називають метод наукового дослідження шляхом розкладання предмета на складові або уявного розчленування об'єкта шляхом логічної абстракції.

Колигіпотезу доводять , вона стаєтеорією , теоремою чи фактом . Спростована гіпотеза переходить у розрядхибних тверджень . Гіпотеза, яка ще не доведена , але й не спростована, називаєтьсявідкритою проблемою .

Теорія - система знань, побудована на доведеній науковим методом гіпотезі.

Під теорією розуміють таку форму наукового знання, яка дає цілісне уявлення про закономірності та суттєві зв'язки дійсності.

Загальний напрямок наукового дослідження полягає у досягненні вищих рівнів передбачуваності. Якщо теорію не здатні змінити ніякі факти, а відхилення від неї регулярні і передбачувані, то її можна звести в ранг закону - необхідного, істотного, стійкого, повторюваного відносини між явищами в природі.

У міру збільшення сукупності знань і вдосконалення методів дослідження гіпотези і навіть міцно укорінені теорії можуть оскаржуватися, видозмінюватися і навіть відкидатися, оскільки самі наукові знання за своєю природою динамічні і піддаються критичному переосмисленню.

Біологічний експеримент

Якісний експеримент - найпростіший вид біологічного експерименту - його мета - встановити наявність чи відсутність гаданого теоретично явища.

Вимірювальний експеримент - Виявлення якоїсь кількісної характеристики об'єкта або процесу.

Влаштування світлового мікроскопа. Світловий мікроскоп складається з оптичних та механічних частин. Оптичні частини беруть участь у побудові зображення, а механічні служать зручності користування оптичними частинами.
Загальне збільшення мікроскопа визначається за такою формулою:
збільшення об'єктиву x збільшення окуляра = збільшення мікроскопа.
Наприклад, якщо об'єктив збільшує об'єкт у 8 разів, а окуляр – у 7, то загальне збільшення мікроскопа дорівнює 56.

Спостереження, опис та вимірювання біологічних об'єктів

Статистичні виміри - Виміри величин, що не змінюються в часі.

Динамічні виміри - Виміри величин, що змінюють своє значення в часі (тиск, температура, щільність популяції і т.д.)

Методи дослідження у науці досить різноманітні, але вони базуються на наукових методах пізнання, які відрізняються певним підходом.

Знання цієї інформації допомагає відокремити дійсні наукові дослідження від різних поширених навколонаукових експериментів.

Історичний метод

Історичний метод виявляє закономірності появи та розвитку організмів, становлення їх структури та функції. У ряді випадків за допомогою цього методу нове життя знаходять гіпотези та теорії, які раніше вважалися хибними.
Порівняльно-описовий метод передбачає проведення анатомо-морфологічного аналізу об'єктів дослідження. Він лежить в основі класифікації організмів, виявлення закономірностей виникнення та розвитку різних форм життя.

Моніторинг - це система заходів щодо спостереження, оцінки та прогнозу зміни стану досліджуваного об'єкта, зокрема біосфери.
Проведення спостережень та експериментів вимагає найчастіше застосування спеціального обладнання, такого як мікроскопи, центрифуги, спектрофотометри та ін.

Мікроскопія широко застосовується у зоології, ботаніці, анатомії людини, гістології, цитології, генетиці, ембріології, палеонтології, екології та інших розділах біології. Вона дозволяє вивчити тонку будову об'єктів з використанням світлових, електронних, рентгенівських та інших типів мікроскопів.

Диференціальне центрифугування, або фракціонування, дозволяє розділити частинки за їх розмірами та щільністю під дією відцентрової сили, що активно використовується при вивченні будови біологічних молекул та клітин.
Арсенал методів біології постійно оновлюється, і нині охопити його практично неможливо. Тому деякі методи, які використовуються в окремих біологічних науках, будуть розглянуті далі.

Термін «біологія»утворюється із двох грецьких слів «bios» -життя і «logos» - знання, вчення, наука. Звідси й класичне визначення біології як науки, що вивчає життя у всіх її проявах.

Біологіядосліджує різноманіття існуючих та вимерлих живих істот, їх будову, функції, походження, еволюцію, поширення та індивідуальний розвиток, зв'язки один з одним, між спільнотами та з неживою природою.

Біологіярозглядає загальні та приватні закономірності, властиві життю у всіх її проявах та властивостях: обмін речовин, розмноження, спадковість, мінливість, пристосовність, зростання, розвиток, подразливість, рухливість тощо.

Методи досліджень у біології

1. Спостереження- Найпростіший і доступний метод. Наприклад, можна спостерігати сезонні зміни в природі, в житті рослин і тварин, поведінка тварин і т.д.
2. Описбіологічних об'єктів (усна чи письмова характеристика).
3. Порівняння- Знаходження подібностей і відмінностей між організмами, застосовується в систематиці.
4. Експериментальний метод(В лабораторних або природних умовах) - біологічні дослідження з використанням різних приладів та методів фізики, хімії.
5. Мікроскопія– дослідження будови клітин та клітинних структур за допомогою світлових та електронних мікроскопів. Світлові мікроскопи дозволяють побачити форми та розміри клітин, окремих органоїдів. Електронні - дрібні структури окремих органоїдів.
6. Біохімічний метод- дослідження хімічного складу клітин та тканин живих організмів.
7. Цитогенетичний- Метод вивчення хромосом під мікроскопом. Можна виявити геномні мутації (наприклад, синдром Дауна), хромосомні мутації (зміни форми та розмірів хромосом).
8. Ультрацентрифугування- виділення окремих клітинних структур (органел) та подальше їх вивчення.
9. Історичний метод– зіставлення отриманих фактів із раніше отриманими результатами.
10. Моделювання- Створення різних моделей процесів, структур, екосистем і т.д. з метою прогнозування змін.
11. Гібридологічний метод- Схрещування, головний метод вивчення закономірностей спадковості.
12. Генеалогічний метод– метод складання родоводів, застосовується визначення типу успадкування ознаки.
13. Близнюковий метод– метод, що дозволяє визначати частку впливу чинників середовища в розвитку ознак. Застосовується до однояйцевих близнюків.

Зв'язок біології коїться з іншими науками.

Розмаїття живої природи настільки велике, що сучасну біологію необхідно представляти як комплекс наук. Біологія є основою таких наук, як екологія, генетика, селекція, ботаніка, зоологія, анатомія, фізіологія, мікробіологія, ембріологія та ін Біологія спільно з іншими науками утворила такі науки, як біофізика, біохімія, біоніка, геоботаніка, зоогеографія та ін У зв'язку з бурхливим розвитком науки і техніки з'являються нові напрямки вивчення живих організмів, з'являються нові науки, пов'язані з біологією. Це ще раз доводить, що живий світ є багатогранним та складним і він тісно пов'язаний із неживою природою.

Основні біологічні науки-об'єкти їх вивчення

1. Анатомія – зовнішня та внутрішня будова організмів.
2. Фізіологія – процеси життєдіяльності.
3. Медицина - захворювання людини, їх причини та методи їх лікування.
4. Екологія – взаємозв'язки організмів у природі, закономірності процесів у екосистемах.
5. Генетика – закони спадковості та мінливості.
6. Цитологія-наука про клітини (будову, життєдіяльність і т.д.).
7. Біохімія – біохімічні процеси у живих організмах.
8. Біофізика – фізичні явища у живих організмах.
9. Селекція – створення нових та покращення існуючих сортів, порід, штамів.
10. Палеонтологія – викопні залишки давніх організмів.
11. Ембріологія-розвиток зародків.

Знання в галузі біології людина може застосувати:

• для профілактики та лікування захворювань
• при наданні першої допомоги потерпілим у разі нещасних випадків;
• у рослинництві, тваринництві
• у природоохоронних заходах, що сприяють вирішенню глобальних екологічних проблем (Знання про взаємозв'язки організмів у природі, про фактори, що негативно впливають на стан навколишнього середовища і т д.).

Ознаки та властивості живого:

1. Клітинна будова.Клітина є єдиною структурно-функціональною одиницею, і навіть одиницею розвитку майже всім живих організмів Землі. Винятком є ​​віруси, а й вони властивості живого виявляються, лише коли вони перебувають у клітині. Поза клітинами у них ознаки живого не виявляються.

2. Єдність хімічного складу.Живі істоти утворені тими самими хімічними елементами, як і неживі об'єкти, але у живих істотах 90% маси посідає чотири елемента: С, Про, N, Н,які беруть участь в утворенні складних органічних молекул, таких як білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи, ліпіди.

3. Обмін речовин та енергії – головна властивість живого.Він здійснюється в результаті двох взаємопов'язаних процесів: синтезу органічних речовин в організмі (за рахунок зовнішніх джерел енергії світла та їжі) та процесу розпаду складних органічних речовин з виділенням енергії, яка потім витрачається організмом. Обмін речовин забезпечує сталість хімічного складу у умовах навколишнього середовища, що безперервно змінюються.

4. Відкритість.Усі живі організми є відкриті системи, т. е. системи, стійкі лише за умови безперервного надходження у яких енергії та речовини з довкілля.

5. Самовідтворення (репродукція).Здатність до самовідтворення є найважливішою властивістю всіх живих організмів. В її основі лежить інформація про будову та функції будь-якого живого організму, закладена в нуклеїнових кислотах і забезпечує специфічність структури та життєдіяльності живого.

6. Саморегуляція.Завдяки механізмам саморегуляції зберігається відносне сталість внутрішнього середовища організму, тобто. підтримується сталість хімічного складу та інтенсивність перебігу фізіологічних процесів - гомеостаз.

7. Розвиток та зростання.У процесі індивідуального розвитку (онтогенезу) поступово та послідовно виявляються індивідуальні властивості організму (розвиток) та здійснюється його зростання (збільшення розмірів). Крім того, всі живі системи еволюціонують – змінюються у ході історичного розвитку (філогенезу).

8. Подразливість.Будь-який живий організм здатний реагувати на зовнішні та внутрішні дії.

9. Спадковість.Усі живі організми здатні зберігати та передавати основні ознаки потомству.

10. Мінливість.Всі живі організми здатні змінюватись і набувати нових ознак.

Основні рівні організації живої природи

Вся жива природа є сукупністю біологічних систем. Важливими властивостями живих систем є багаторівневість та ієрархічна організація. Частини біологічних систем самі є системами, які з взаємозалежних елементів. На будь-якому рівні кожна біологічна система є унікальною і відрізняється від інших систем.

Вчені виходячи з особливостей прояву властивостей живого виділили кілька рівнів організації живої природи:

1. Молекулярний рівень - представлений молекулами органічних речовин (білків, ліпідів, вуглеводів та інших.), що у клітинах. На молекулярному рівні можна досліджувати властивості та структури біологічних молекул, їх роль у клітині, у життєдіяльності організму тощо. Наприклад, подвоєння молекули ДНК, структури білків тощо.

2. Клітинний рівень – представлений клітинами. На рівні клітин починають виявлятися властивості та ознаки живого.На клітинному рівні можна досліджувати будову та функції клітин та клітинних структур, процеси, що протікають у них. Наприклад, рух цитоплазми, поділ клітини, біосинтез білків у рибосомах тощо.

3. Органо-тканинний рівень – представлений тканинами та органами багатоклітинних організмів. На цьому рівні можна досліджувати будову та функції тканин та органів, процеси, що йдуть у них. Наприклад, скорочення серця, пересування води та солей по судинах і так далі.

4. Організмальний рівень – представлений одноклітинними та багатоклітинними організмами. На цьому рівні вивчається організм, як ціле: його будова та життєдіяльність, механізми саморегуляції процесів, пристосування до умов проживання тощо.

5. Популяційно-видовий рівень– представлений популяціями, що з особин одного виду, довго живуть разом у якійсь території. Життя однієї особини генетично визначено, а населення за сприятливих умов може існувати необмежено довго. Оскільки цьому рівні починають діяти рушійні сили еволюції – боротьба існування, природний відбір та інших. На популяційно-видовому рівні вивчають динаміку чисельності особин, статево склад популяції, еволюційні зміни у популяції тощо.

6. Екосистемний рівень– представлений популяціями різних видів, що спільно мешкають на певній території. На цьому рівні вивчаються взаємовідносини організмів та середовища, умови, що визначають продуктивність та стійкість екосистем, зміни в екосистемах тощо.

7. Біосферний рівень- Вища форма організації живої матерії, що об'єднує всі екосистеми планети. На цьому рівні вивчаються процеси в масштабі всієї планети - кругообіг речовин і енергії в природі, глобальні екологічні проблеми, зміни клімату Землі і т.д. В даний час першорядне значення має вивчення впливу людини на стан біосфери з метою запобігання глобальній екологічній кризі.