Biológia az emberek gyakorlati tevékenységében. A biológia szerepe az emberi életben és a gyakorlati tevékenységekben

Sokféleképpen használhatja fel az ember a tudást a biológiában, itt van néhány (a legnagyobbtól a legkisebbig):

· Tudás környezetvédelmi törvények lehetővé teszi az emberi tevékenység szabályozását azon ökoszisztéma megőrzésének határain belül, amelyben él és dolgozik (racionális környezetgazdálkodás);

· Botanika és genetika lehetővé teszi a termelékenység növelését, a kártevők elleni küzdelmet és új, szükséges és hasznos fajták fejlesztését;

· Genetika jelenleg olyan szorosan összefonódik gyógyszer hogy számos, korábban gyógyíthatatlannak tekintett betegséget már az emberi fejlődés embrionális szakaszában tanulmányoznak és megelőznek;

· A mikrobiológia segítségével a tudósok világszerte szérumokat és vakcinákat fejlesztenek ki vírusok és antibakteriális gyógyszerek széles skálája ellen.

Az élő és nem élő struktúrák közötti különbségek. Az élőlények tulajdonságai

Biológia - az élő rendszerek tulajdonságait vizsgáló tudomány. Azonban elég nehéz meghatározni, hogy mi az élő rendszer. Nem olyan könnyű meghúzni a határvonalat élő és élettelen között, mint amilyennek látszik. Próbáljon meg válaszolni a kérdésekre: Élnek-e a vírusok, amikor a gazdaszervezet testén kívül pihennek, és nem mennek keresztül az anyagcserén? Kimutathatják-e a mesterséges tárgyak és gépek az élőlények tulajdonságait? Mi a helyzet a számítógépes programokkal? Vagy nyelvek?

E kérdések megválaszolásához megpróbálhatjuk elkülöníteni az élő rendszerekre jellemző tulajdonságok minimális halmazát. Ezért a tudósok több kritériumot is felállítottak, amelyek alapján egy szervezet élőnek minősíthető.

A legfontosabb a az élőlények jellemző tulajdonságai (kritériumai). a következők:

1. Anyag- és energiacsere a környezettel. A fizika szempontjából minden élő rendszer az nyisd ki, azaz folyamatosan cserélnek anyagot és energiát is a környezettel, ellentétben zárva teljesen elszigetelve a külvilágtól, és félig zárt, csak energiát cserél, de anyagot nem. Később látni fogjuk, hogy ez a csere az élet létezésének előfeltétele.

2. Az élő rendszerek képesek a környezetből kapott anyagok felhalmozására, és ennek eredményeként növekedés.

3. A modern biológia az élőlények alapvető tulajdonságának tekinti az azonos (vagy majdnem azonos) teremtési képességet. önreprodukció, azaz szaporodás az eredeti szervezet legtöbb tulajdonságának megőrzése mellett.

4. Az azonos önreprodukció elválaszthatatlanul kapcsolódik a fogalomhoz átöröklés, vagyis a tulajdonságok és tulajdonságok átadása az utódoknak.

5. Az öröklődés azonban nem abszolút – ha minden leányszervezet pontosan másolná a szüleit, akkor nem lenne lehetséges evolúció, mivel az élő szervezetek soha nem változnának. Ez oda vezetne, hogy a körülmények bármilyen hirtelen megváltozásával mindannyian meghalnának. Az élet azonban rendkívül rugalmas, és az élőlények sokféle körülményhez alkalmazkodnak. Ez annak köszönhetően lehetséges változékonyság– az, hogy az élőlények önszaporodása nem teljesen azonos ennek során, hibák, eltérések merülnek fel, amelyek a szelekció szempontjából lényegesek; Van egy bizonyos egyensúly az öröklődés és a változékonyság között.

6. A változékonyság lehet örökletes és nem örökletes. Az öröklődő variabilitás, vagyis a tulajdonságok több generáción keresztül öröklődő és rögzült új variációinak megjelenése anyagként szolgál természetes kiválasztódás. A természetes szelekció bármely szaporodó, nem feltétlenül élő tárgy között lehetséges, ha verseny van köztük a korlátozott erőforrásokért. Azok az objektumok, amelyek a változékonyság miatt az adott környezetben kedvezőtlen tulajdonságokat szereztek, elutasításra kerülnek, ezért a harcban versenyelőnyt adó tulajdonságok egyre gyakrabban kerülnek elő új tárgyakban. Ez a természetes szelekció - az evolúció kreatív tényezője, amelynek köszönhetően a Földön élő szervezetek sokfélesége keletkezett.

7. Az élő szervezetek aktívan reagálnak a külső jelekre, kiállítják a tulajdonságot ingerlékenység.

8. A külső körülmények változásaira való reagáló képességüknek köszönhetően az élő szervezetek képesek alkalmazkodás- alkalmazkodás az új körülményekhez. Ez a tulajdonság különösen lehetővé teszi az élőlények számára, hogy túléljenek különféle katasztrófákat, és új területekre terjedjenek.

9. Az adaptációt a önszabályozás, vagyis bizonyos fizikai és kémiai paraméterek állandóságának fenntartására való képesség egy élő szervezetben, beleértve a változó környezeti feltételeket is. Például az emberi test állandó hőmérsékletet, glükózkoncentrációt és sok más anyag koncentrációt tart fenn a vérben.

10. A földi élet fontos tulajdonsága az diszkrétség, azaz diszkontinuitás: egyedi egyedek képviselik, az egyedek populációkká, a populációk fajokká, stb., vagyis az élőlények szerveződésének minden szintjén külön egységek vannak. Stanislaw Lem Solaris című tudományos-fantasztikus regénye egy hatalmas élő óceánt ír le, amely az egész bolygót beborítja. De a Földön nincsenek ilyen életformák.

Az élőlények kémiai összetétele

Az élő szervezetek hatalmas számú vegyi anyagból állnak, szerves és szervetlen, polimer és alacsony molekulatömegű. Számos, a környezetben jelen lévő kémiai elem megtalálható az élő rendszerekben, de ezek közül csak körülbelül 20 szükséges az élethez. Ezeket az elemeket ún biogén.

A szervetlen anyagokból bioszerves anyagokká történő evolúció során bizonyos kémiai elemek biológiai rendszerek létrehozásában való felhasználásának alapja a természetes szelekció. E szelekció eredményeképpen az összes élő rendszer alapja mindössze hat elemből áll: szén, hidrogén, oxigén, nitrogén, foszfor, kén, az úgynevezett organogének. Tartalmuk a szervezetben eléri a 97,4%-ot.

Az organogének a szerves anyagokat alkotó fő kémiai elemek: szén, hidrogén, oxigén és nitrogén.

Kémiai szempontból az organogén elemek természetes szelekciója azzal magyarázható, hogy képesek kémiai kötéseket kialakítani: egyrészt elég erősek, azaz energiaigényesek, másrészt meglehetősen labilisak, amelyek könnyen engedik a hemolízisnek, heterolízisnek és ciklikus újraelosztásnak.

Az első számú organogén kétségtelenül a szén. Atomjai erős kovalens kötést alkotnak egymással vagy más elemek atomjaival. Ezek a kötések lehetnek egyszeresek vagy többszörösek, ennek a 3 kötésnek köszönhetően a szén nyitott vagy zárt láncok és ciklusok formájában képes konjugált vagy kumulált rendszereket alkotni.

A szénnel ellentétben a hidrogén és az oxigén szerves elemek nem alkotnak labilis kötéseket, de jelenlétük egy szerves, beleértve a bioorganikus molekulát is meghatározza annak képességét, hogy kölcsönhatásba léphessen egy biooldószerrel – vízzel. Ezenkívül a hidrogén és az oxigén az élő rendszerek redox tulajdonságainak hordozói, biztosítják a redox folyamatok egységét.

A fennmaradó három organogén - nitrogén, foszfor és kén, valamint néhány más elem - vas, magnézium, amelyek az enzimek aktív központjait alkotják, mint a szén, képesek labilis kötések kialakítására. Az organogének pozitív tulajdonsága az is, hogy általában olyan vegyületeket képeznek, amelyek vízben könnyen oldódnak, és így a szervezetben koncentrálódnak.

Az emberi testben található kémiai elemek többféle osztályozása létezik. Így V. I. Vernadsky, az élő szervezetek átlagos tartalmától függően, három csoportra osztotta az elemeket:

1. Makroelemek. Ezek olyan elemek, amelyek tartalma a szervezetben meghaladja a 10 - ²% -ot. Ezek közé tartozik a szén, hidrogén, oxigén, nitrogén, foszfor, kén, kalcium, magnézium, nátrium és klór, kálium és vas. Ezek az úgynevezett univerzális biogén elemek, amelyek minden élőlény sejtjében jelen vannak.

2. Mikroelemek. Ezek olyan elemek, amelyek tartalma a szervezetben 10-² és 10-¹²% között van. Ide tartozik a jód, réz, arzén, fluor, bróm, stroncium, bárium és kobalt. Bár ezeket az elemeket az élőlények rendkívül alacsony koncentrációban tartalmazzák (legfeljebb egy ezred százaléknál), a normális élethez is szükségesek. Ezek biogén eredetűek mikroelemek. Feladatuk és szerepük nagyon sokrétű. Számos mikroelem része számos enzimnek, vitaminnak, légzőszervi pigmentnek, néhányuk befolyásolja a növekedést, a fejlődés ütemét, a szaporodást stb.

3. Ultramikroelemek. Ezek olyan elemek, amelyek tartalma a szervezetben 10-¹²% alatt van. Ide tartozik a higany, arany, urán, rádium stb.

V. V. Kovalsky a kémiai elemek emberi életben betöltött fontossága alapján három csoportra osztotta őket:

1. Pótolhatatlan elemek. Folyamatosan jelen vannak az emberi szervezetben, és részei annak szervetlen és szerves vegyületeinek. Ezek a H, O, Ca, N, K, P, Na, S, Mg, Cl, C, I, Mn, Cu, Co, Zn, Fe, Mo, V. Ezeknek az elemeknek a hiánya a szervezet normális működésének megzavarása.

2. Szennyező elemek. Ezek az elemek folyamatosan jelen vannak az emberi szervezetben, de biológiai szerepük még nem mindig tisztázott, vagy kevéssé vizsgálták. Ezek Ga, Sb, Sr, Br, F, B, Be, Li, Si, Sn, Cs, As, Ba, Ge, Rb, Pb, Ra, Bi, Cd, Cr, Ni, Ti, Ag, Th, Hg, Ce, Se.

3. Mikroszennyező elemek. Az emberi szervezetben megtalálhatók, de mennyiségi tartalmukról vagy biológiai szerepükről nincs információ. Ezek Sc, Tl, In, La, Sm, Pr, W, Re, Tb stb. A sejtek és szervezetek felépítéséhez és működéséhez szükséges kémiai elemeket biogénnek nevezzük.

A szervetlen anyagok és komponensek között a fő helyet a - víz.

Az ionerősség és a pH-környezet fenntartásához, ahol a létfontosságú folyamatok végbemennek, bizonyos koncentrációjú szervetlen ionokra van szükség. A pufferközeg bizonyos ionerősségének és kapcsolatának fenntartásához egyszeres töltésű ionok részvétele szükséges: ammónium (NH4+); nátrium (Na+); kálium (K+). A kationok nem cserélhetők fel, vannak speciális mechanizmusok, amelyek fenntartják közöttük a szükséges egyensúlyt.

Szervetlen vegyületek:

ammóniumsók;

karbonátok;

Szulfátok;

Foszfátok.

Nemfémek:

1. Klór (bázikus). Anionok formájában részt vesz a sókörnyezet kialakításában, néha szerves anyagok része.

2. A jód és vegyületei részt vesznek a szerves vegyületek (élő szervezetek) egyes létfontosságú folyamataiban. A jód a pajzsmirigyhormonok (tiroxin) része.

3. Szelénszármazékok. A szelenocesztein egyes enzimek része.

4. Szilícium - a porc és a szalagok része, ortokovasav észterek formájában, részt vesz a poliszacharid láncok varrásában.

Az élő szervezetekben számos vegyület van komplexek: a hem egy vas komplexum lapos paraffin molekulával; kobolamin

A magnézium és a kalcium a fő fémek A vasat nem számítva mindenütt jelen vannak a biológiai rendszerekben. A magnéziumionok koncentrációja fontos a riboszómák integritásának és működésének fenntartásához, vagyis a fehérjeszintézishez.

A magnézium is része a klorofillnak. A kalciumionok részt vesznek a sejtfolyamatokban, beleértve az izomösszehúzódásokat is. Fel nem oldott sók – részt vesznek a tartószerkezetek kialakításában:

Kalcium-foszfát (a csontokban);

Karbonát (puhatestű héjban).

A 4. periódus fémionjai számos létfontosságú vegyület részét képezik - enzimek. Egyes fehérjék vas-kén klaszterek formájában tartalmaznak vasat. A cinkionok jelentős számú enzimben találhatók. A mangán kisszámú enzim része, de fontos szerepet tölt be a bioszférában, a víz fotokémiai redukciója során, biztosítja az oxigén légkörbe jutását és a fotoszintézis során a szállítási lánc elektronokkal való ellátását.

A kobalt az enzimek része kobalaminok (B 12 vitamin) formájában.

A molibdén a nitrodináz enzim (amely katalizálja a légköri nitrogén ammóniává történő redukcióját a nitrogénmegkötő baktériumokban) nélkülözhetetlen összetevője.

Nagy szám szerves anyagélő szervezetek része: ecetsav; acetaldehid; etanol (biokémiai átalakulások termékei és szubsztrátjai).

Az élő szervezetek kis molekulájú vegyületeinek fő csoportjai:

Az aminosavak a fehérjék összetevői

A nukleinsavak a nukleinsavak részét képezik

A mono- és oligoszacharidok a szerkezeti szövetek alkotóelemei

A lipidek a sejtfal összetevői.

Az előzőeken kívül vannak még:

Az enzimkofaktorok számos enzim nélkülözhetetlen összetevői, és redox reakciókat katalizálnak.

A koenzimek olyan szerves vegyületek, amelyek bizonyos enzimreakciórendszerekben működnek. Például: nikotinoamidodanin-dinukleatid (NAD+). Oxidált formában alkoholcsoportokat karbonilcsoportokká oxidál, ezáltal redukálószert képez.

Az enzimkofaktorok összetett prekurzorokból szintetizált összetett szerves molekulák, amelyeknek az élelmiszerek alapvető összetevőiként kell jelen lenniük.

A magasabb rendű állatokat az idegrendszert és az endokrin rendszert szabályozó anyagok - hormonok és neurotranszmitterek - képződése és működése jellemzi. Például a mellékvese hormon stresszhelyzetben kiváltja a glikogén oxidatív feldolgozását.

Sok növény erős biológiai hatású komplex aminokat – alkaloidokat – szintetizál.

A terpének növényi eredetű vegyületek, illóolajok és gyanták összetevői.

Az antibiotikumok mikrobiológiai eredetű anyagok, amelyeket speciális mikroorganizmusok választanak ki, amelyek elnyomják a többi versengő mikroorganizmus növekedését. Hatásmechanizmusuk változatos, például lelassítják a fehérjék növekedését a baktériumokban.

MKOU"Novokaykent Középiskola"

Val vel. Novokayakent

Kayakent kerület Dagesztáni Köztársaság

OGE. 1. feladat „A biológia szerepe a modern természettudományos világkép kialakításában, az emberek gyakorlati tevékenységében »

(9. osztályos tanulóknak)

MKOU "Novokayakent Középiskola"

Umalatova Ravganiyat Biybulatovna

Novokayakent falu

Magyarázó jegyzet

Ez az anyag OGE. Kérdések 1. „A biológia szerepe a korszerű természettudományos világkép kialakításában, az ember gyakorlati tevékenységében” 9. osztályos tanulók számára ajánlott. Az anyag kérdéseket tartalmaz egy helyes válasz közül választhat. Ez az anyag felhasználható az OGE-re való felkészüléshez. A munka 12 kérdést tartalmaz.

Feladatok: tesztelje a tanulók tudását és képességét, hogy egy kérdésre helyesen válasszanak ki egy helyes választ.

Felszerelés: segédanyagok tesztekkel.

OGE. Kérdések 1.„A biológia szerepe a modern természettudományos világkép kialakításában, az emberek gyakorlati tevékenységében »

1. A tudomány az élőlények öröklődésének és változékonyságának mintázatait vizsgálja

1) genetika

2) taxonómia

3) antropológia

4) biokémia

3. Milyen tudomány vizsgálja az emberi egészséget és annak megőrzésének módjait?

1) valeológia

2) higiénia

3) gyógyszer

4) fiziológia

5. Az alábbi tudósok közül melyiket tekintik a genetika tudományának megalapítójának?

1) I.I. Mecsnyikov

2) L. Pasteur

3) G. Mendel

4) C. Darwin

7. A növényi sejt tanulmányozásának fő módja az

1) megfigyelés

2) mikroszkópos vizsgálat

3) fagyasztás - forgácsolás

4) színezés

9. Felfedezték a fehérje bioszintézis mechanizmusát a szervezetben

1) anatómusok

2) fiziológusok

3) biokémikusok

4) ökológusok

11. Hipotézist felállítani azt jelenti

1) erősítse meg a kapott adatok tudományos jellegét

2) végezzen kísérletet

3) tippelj

4) összefoglalni a változó tényeket

Információ forrásai:

1.Biológia. Általános minták. 9. osztály S.G. Mamontov, V. B. Zakharov, N. I. Sonin. -M.: Túzok, 2002, 288 p.

2. Biológia egységes államvizsga. "Növények, gombák, zuzmók" szakasz. Elmélet, képzési feladatok: oktatási kézikönyv / A.A. Kirilenko-

Rostov n/a: Légió, 2015 - 320 p.

3. OGE 2017. Biológia: tematikus képzési feladatok: 9. évfolyam/

GI. Lerner.- Moszkva: Eksmo, 2016.- 272 p.

4. OGE. Biológia: standard vizsgalehetőségek: O -30 lehetőség / szerk. V.S. Rokhlova.-M.: „Nemzetnevelés” Kiadó, 2017.- 400 p.

A biológia mint tudomány

Biológia(görögből bios- élet, logó- szó, tudomány) az élő természetről szóló tudományok komplexuma.

A biológia tárgya az élet minden megnyilvánulása: az élőlények felépítése és funkciói, sokféleségük, eredetük és fejlődésük, valamint a környezettel való kölcsönhatásuk. A biológia, mint tudomány fő feladata, hogy az élő természet minden jelenségét tudományos alapon értelmezze, figyelembe véve, hogy az egész szervezetnek vannak olyan tulajdonságai, amelyek alapvetően különböznek alkotóelemeitől.

A „biológia” kifejezés megtalálható T. Roose (1779) és K. F. Burdach (1800) német anatómusok munkáiban, de csak 1802-ben használta először egymástól függetlenül J. B. Lamarck és G. R. Treviranus az élő szervezeteket vizsgáló tudomány megjelölésére. .

biológiai tudományok

Jelenleg a biológia számos olyan tudományt foglal magában, amelyek a következő szempontok szerint rendszerezhetők: tárgyi és domináns kutatási módszerek, valamint a vizsgált élő természet szerveződési szintje szerint. A tanulmány tárgya szerint a biológiai tudományok bakteriológiára, botanikára, virológiára, állattanra és mikológiára oszlanak.

Növénytan egy biológiai tudomány, amely átfogóan vizsgálja a növényeket és a Föld növénytakaróját. Állattan- a biológia ága, az állatok sokféleségével, szerkezetével, élettevékenységével, elterjedésével, környezetükkel való kapcsolatával, eredetével és fejlődésével foglalkozó tudomány. Bakteriológia- biológiai tudomány, amely a baktériumok szerkezetét és tevékenységét, valamint a természetben betöltött szerepét vizsgálja. Virológia- biológiai tudomány, amely a vírusokat vizsgálja. A mikológia fő tárgya a gombák, szerkezetük és életjellemzőik. Lichenológia- a zuzmókat tanulmányozó biológiai tudomány. A bakteriológiát, virológiát és a mikológia egyes aspektusait gyakran a mikrobiológia részének tekintik – a biológia egyik ága, a mikroorganizmusok (baktériumok, vírusok és mikroszkopikus gombák) tudománya. Szisztematika vagy taxonómia, egy biológiai tudomány, amely leírja és csoportokba sorolja az összes élő és kihalt lényt.

A felsorolt ​​biológiai tudományok mindegyike biokémiára, morfológiára, anatómiára, fiziológiára, embriológiára, genetikára és szisztematikára (növények, állatok vagy mikroorganizmusok) oszlik. Biokémia az élő anyagok kémiai összetételének, az élő szervezetekben lezajló kémiai folyamatoknak és élettevékenységük alapjául szolgáló tudomány. Morfológia- biológiai tudomány, amely az élőlények alakját és szerkezetét, valamint fejlődési mintáit vizsgálja. Tágabb értelemben magában foglalja a citológiát, az anatómiát, a szövettant és az embriológiát. Tegyen különbséget az állatok és a növények morfológiája között. Anatómia a biológia (pontosabban morfológia) ága, az egyes szervek, rendszerek és a szervezet egészének belső szerkezetét és alakját vizsgáló tudomány. A növényanatómiát a botanika, az állati anatómiát az állattan részének tekintik, az emberi anatómiát pedig külön tudomány. Fiziológia- biológiai tudomány, amely a növényi és állati szervezetek életfolyamatait, azok egyedi rendszereit, szerveit, szöveteit és sejtjeit vizsgálja. Létezik a növények, állatok és emberek élettana. Embriológia (fejlődésbiológia)- a biológia ága, a szervezet egyedfejlődésének tudománya, beleértve az embrió fejlődését is.

Tárgy genetika az öröklődés és a változékonyság törvényei. Jelenleg az egyik legdinamikusabban fejlődő biológiai tudomány.

A vizsgált élő természet szerveződési szintje szerint megkülönböztetik a molekuláris biológiát, a citológiát, a szövettant, az organológiát, az organizmusok biológiáját és a szuperorganizmus rendszereit. A molekuláris biológia a biológia egyik legfiatalabb ága, olyan tudomány, amely elsősorban az öröklődő információk szerveződését és a fehérje bioszintézisét vizsgálja. Citológia vagy sejtbiológia, egy biológiai tudomány, amelynek vizsgálati tárgya az egysejtű és többsejtű élőlények sejtjei egyaránt. Szövettan- biológia tudomány, a morfológia ága, amelynek tárgya a növények és állatok szöveteinek szerkezete. Az organológia területe magában foglalja a különböző szervek és rendszereik morfológiáját, anatómiáját és élettanát.

A szervezetbiológia minden olyan tudományt magába foglal, amely élő szervezetekkel foglalkozik, pl. etológia- az élőlények viselkedésének tudománya.

A szupraorganális rendszerek biológiája biogeográfiára és ökológiára oszlik. Az élő szervezetek elterjedését tanulmányozza biogeográfia, míg ökológia- szupraorganális rendszerek szerveződése és működése különböző szinteken: populációk, biocenózisok (közösségek), biogeocenózisok (ökoszisztémák) és bioszféra.

Az uralkodó kutatási módszerek szerint megkülönböztetünk leíró (például morfológia), kísérleti (például fiziológia) és elméleti biológiát.

Feladat az élő természet szerkezetének, működésének és fejlődésének mintázatainak azonosítása és magyarázata a szervezet különböző szintjein. általános biológia. Magában foglalja a biokémiát, molekuláris biológiát, citológiát, embriológiát, genetikát, ökológiát, evolúciós tudományt és antropológiát. Evolúciós doktrína az élő szervezetek evolúciójának okait, mozgatórugóit, mechanizmusait és általános mintázatait vizsgálja. Egyik szakasza az paleontológia- olyan tudomány, amelynek tárgya az élő szervezetek fosszilis maradványai. Antropológia- az általános biológia egy része, az ember, mint biológiai faj eredetének és fejlődésének tudománya, valamint a modern emberi populációk sokfélesége és kölcsönhatási mintái.

A biológia alkalmazott vonatkozásai a biotechnológia, a tenyésztés és más gyorsan fejlődő tudományok területéhez tartoznak. Biotechnológia a biológiai tudomány, amely az élő szervezetek és a biológiai folyamatok termelésben való felhasználását vizsgálja. Széles körben használják az élelmiszeriparban (sütés, sajtkészítés, sörfőzés stb.) és a gyógyszeriparban (antibiotikumok, vitaminok előállítása), víztisztításra stb. Kiválasztás- a háziállatfajták, a kultúrnövény-fajták és az ember számára szükséges tulajdonságokkal rendelkező mikroorganizmus-törzsek létrehozására szolgáló módszerek tudománya. A szelekció alatt az élő szervezetek megváltoztatásának folyamatát is értjük, amelyet az emberek szükségleteiknek megfelelően hajtanak végre.

A biológia fejlődése szorosan összefügg más természet- és egzakt tudományok sikereivel, mint például a fizika, a kémia, a matematika, a számítástechnika stb. A mikroszkópia, az ultrahang (ultrahang), a tomográfia és a biológia egyéb módszerei fizikai alapokon nyugszanak. törvények, valamint a biológiai molekulák szerkezetének és az élő rendszerekben lezajló folyamatoknak a tanulmányozása lehetetlen lenne kémiai és fizikai módszerek alkalmazása nélkül. A matematikai módszerek alkalmazása lehetővé teszi egyrészt a tárgyak vagy jelenségek közötti természetes kapcsolat meglétének azonosítását, a kapott eredmények megbízhatóságának megerősítését, másrészt egy jelenség, folyamat modellezését. Az utóbbi időben a számítógépes módszerek, például a modellezés egyre fontosabbá váltak a biológiában. A biológia és más tudományok metszéspontjában számos új tudomány jelent meg, mint a biofizika, biokémia, bionika stb.

A biológia eredményei

A biológia területén a legfontosabb, továbbfejlődésének egész menetét befolyásoló események a következők: a DNS molekulaszerkezetének kialakulása és az élőanyagban betöltött információtovábbításban betöltött szerepe (F. Crick, J. Watson, M. Wilkins); a genetikai kód megfejtése (R. Holley, H. G. Korana, M. Nirenberg); a génszerkezet felfedezése és a fehérjeszintézis genetikai szabályozása (A. M. Lvov, F. Jacob, J. L. Monod stb.); sejtelmélet megfogalmazása (M. Schleiden, T. Schwann, R. Virchow, K. Baer); az öröklődés és változékonyság mintáinak vizsgálata (G. Mendel, H. de Vries, T. Morgan stb.); a modern szisztematika (C. Linnaeus), az evolúcióelmélet (C. Darwin) és a bioszféra-doktrína (V. I. Vernadsky) elveinek megfogalmazása.

„madármarha-kór” (prionok).

A több országban egyidejűleg végrehajtott és a század elején befejezett Human Genome programmal kapcsolatos munka arra a megértésre vezetett, hogy az embernek körülbelül 25-30 ezer génje van, de a DNS-ünk nagy részéből származó információkat soha nem olvassák el. , mivel rengeteg olyan régiót és gént tartalmaz, amelyek olyan tulajdonságokat kódolnak, amelyek elvesztették jelentőségét az ember számára (farok, testszőrzet stb.). Emellett számos örökletes betegségek kialakulásáért felelős gént, valamint gyógyszer célgéneket sikerült megfejteni. Ennek a programnak a megvalósítása során kapott eredmények gyakorlati alkalmazását azonban elhalasztják addig, amíg jelentős számú ember genomját meg nem fejtik, és akkor derül ki, miben különböznek egymástól. Ezeket a célokat a világ számos vezető laboratóriuma számára tűzték ki, amelyek az ENCODE program megvalósításán dolgoznak.

A biológiai kutatás az orvostudomány, a gyógyszerészet alapja, széles körben alkalmazzák a mezőgazdaságban és az erdőgazdálkodásban, az élelmiszeriparban és az emberi tevékenység más ágaiban.

Köztudott, hogy csak az 1950-es évek „zöld forradalma” tette lehetővé, hogy új növényfajták és fejlett technológiák bevezetésével legalább részben megoldják azt a problémát, hogy a Föld gyorsan növekvő lakosságát élelmiszerrel és állatállománysal látják el. termesztésük. Tekintettel arra, hogy a mezőgazdasági növények genetikailag programozott tulajdonságai már szinte kimerültek, az élelmiszer-probléma további megoldása a géntechnológiával módosított szervezetek termelésbe való széles körű bevezetésével jár.

Számos élelmiszertermék, például sajtok, joghurtok, kolbászok, pékáruk stb. előállítása sem lehetséges baktériumok és gombák alkalmazása nélkül, ami a biotechnológia tárgya.

A kórokozók természetének, számos betegség folyamatának, az immunitás mechanizmusainak, az öröklődési mintáknak és a változékonyságnak az ismerete lehetővé tette a mortalitás jelentős csökkentését, sőt számos betegség, például a himlő teljes felszámolását. A biológia tudomány legújabb vívmányainak segítségével megoldódik az emberi szaporodás problémája is.

A modern gyógyszerek jelentős részét természetes alapanyagokból állítják elő, valamint a géntechnológia sikereinek köszönhetően, így például a cukorbetegek számára szükséges inzulint főként olyan baktériumok szintetizálják, amelyeknek a megfelelő gén került átadásra.

A biológiai kutatások nem kevésbé fontosak a környezet és az élőlények sokféleségének megőrzésében, amelyek kihalásveszélye megkérdőjelezi az emberiség létét.

A biológia vívmányai közül a legnagyobb jelentősége annak, hogy a számítástechnikában még a neurális hálózatok és a genetikai kódok felépítésének alapját is képezik, és széles körben alkalmazzák az építészetben és más iparágakban is. Kétségtelen, hogy a 21. század a biológia évszázada.

Az élő természet megismerésének módszerei

Mint minden más tudománynak, a biológiának is megvan a maga módszerarzenálja. A más területeken alkalmazott tudományos megismerési módszer mellett a biológiában széles körben alkalmazzák a történeti, összehasonlító-leíró stb.

A megismerés tudományos módszere magában foglalja a megfigyelést, a hipotézisek megfogalmazását, a kísérletet, a modellezést, az eredmények elemzését és az általános minták levezetését.

Megfigyelés- ez a tárgyak és jelenségek célirányos érzékelése érzékszervi vagy műszer segítségével, amelyet a tevékenység feladata határozza meg. A tudományos megfigyelés fő feltétele az objektivitás, vagyis az ismételt megfigyeléssel vagy más kutatási módszerekkel, például kísérlettel nyert adatok ellenőrzésének képessége. A megfigyelés eredményeként kapott tényeket ún adat. Olyanok lehetnek minőség(szag, íz, szín, forma stb. leírása), ill mennyiségi, és a kvantitatív adatok pontosabbak, mint a minőségi adatok.

Megfigyelési adatok alapján fogalmazódik meg hipotézis- vélelmezett ítélet a jelenségek természetes összefüggéséről. A hipotézist egy sor kísérletben tesztelik. Egy kísérlet tudományosan lefolytatott kísérletnek nevezzük, a vizsgált jelenség ellenőrzött körülmények között történő megfigyelését, amely lehetővé teszi egy adott tárgy vagy jelenség jellemzőinek azonosítását. A kísérlet legmagasabb formája az modellezés- bármely jelenség, folyamat vagy tárgyrendszer tanulmányozása modelljeik megalkotásával és tanulmányozásával. Lényegében ez a tudáselmélet egyik fő kategóriája: a tudományos kutatás bármely módszere, legyen az elméleti és kísérleti is, a modellezés gondolatán alapul.

A kísérleti és szimulációs eredmények alapos elemzésnek vannak kitéve. Elemzés Tudományos kutatási módszernek nevezik, amelynek során egy tárgyat alkotórészekre bontják, vagy logikai absztrakcióval mentálisan feldarabolják. Az elemzés elválaszthatatlanul összefügg a szintézissel. Szintézis egy módszer a tantárgy integritásának, részeinek egységében és összekapcsolódásában való tanulmányozására. Az elemzés és szintézis eredményeként a legsikeresebb kutatási hipotézis lesz munkahipotézis, és ha kibírja a megcáfoló próbálkozásokat, és még mindig sikeresen jósol előre megmagyarázhatatlan tényeket és összefüggéseket, akkor elméletté válhat.

Alatt elmélet megérteni a tudományos ismeretek egy olyan formáját, amely holisztikus képet ad a valóság mintáiról és lényeges összefüggéseiről. A tudományos kutatás általános iránya a magasabb kiszámíthatósági szint elérése. Ha egyetlen tény sem változtathat meg egy elméletet, és az ettől való eltérések szabályosak és előre láthatóak, akkor az elmélet rangjára emelhető. törvény- szükséges, lényeges, stabil, ismétlődő kapcsolat a természetben előforduló jelenségek között.

Az ismeretek gyarapodásával és a kutatási módszerek javulásával a hipotézisek és a jól megalapozott elméletek megkérdőjelezhetők, módosíthatók, sőt el is vethetők, mivel maga a tudományos tudás is dinamikus természetű, és folyamatosan kritikai újraértelmezésnek van kitéve.

Történelmi módszer feltárja az élőlények megjelenésének és fejlődésének mintázatait, szerkezetének és működésének kialakulását. E módszer segítségével számos esetben új életre kelnek a korábban hamisnak vélt hipotézisek, elméletek. Ez történt például Charles Darwin feltevéseivel a jelátvitel természetéről egy üzemben a környezeti hatásokra válaszul.

Összehasonlító-leíró módszer biztosítja a kutatási tárgyak anatómiai és morfológiai elemzését. Ez alapozza meg az élőlények osztályozását, azonosítja a különböző életformák megjelenési és fejlődési mintáit.

Monitoring a vizsgált objektum, különösen a bioszféra állapotában bekövetkező változások megfigyelésére, értékelésére és előrejelzésére szolgáló intézkedések rendszere.

A megfigyelések, kísérletek végzéséhez gyakran speciális eszközök, például mikroszkópok, centrifugák, spektrofotométerek, stb.

A mikroszkópiát széles körben használják a zoológiában, botanikában, emberi anatómiában, szövettanban, citológiában, genetikában, embriológiában, paleontológiában, ökológiában és a biológia más ágaiban. Lehetővé teszi a tárgyak finom szerkezetének tanulmányozását fény-, elektron-, röntgen- és más típusú mikroszkópok segítségével.

Fénymikroszkópos készülék. A fénymikroszkóp optikai és mechanikai részekből áll. Az első tartalmazza a szemlencsét, az objektíveket és a tükröt, a második pedig a csövet, az állványt, a bázist, a színpadot és a csavart.

A mikroszkóp teljes nagyítását a következő képlet határozza meg:

lencse nagyítás $×$ szemlencse nagyítás $-$ mikroszkóp nagyítás.

Például, ha a lencse egy tárgyat 8$-szorosára, a szemlencsét pedig 7$-ra nagyítja, akkor a mikroszkóp teljes nagyítása 56$.

Differenciálcentrifugálás, vagy frakcionálás, lehetővé teszi, hogy a részecskéket méretük és sűrűségük szerint különítse el a centrifugális erő hatására, amelyet aktívan használnak a biológiai molekulák és sejtek szerkezetének tanulmányozására.

A biológiai módszerek arzenálja folyamatosan frissül, és jelenleg szinte lehetetlen teljes körűen lefedni. Ezért az alábbiakban néhány, az egyes biológiai tudományokban alkalmazott módszert tárgyalunk.

A biológia szerepe a modern természettudományos világkép kialakításában

Kialakulásának szakaszában a biológia még nem létezett elkülönülve a többi természettudománytól, és csak az állat- és növényvilág képviselőinek megfigyelésére, tanulmányozására, leírására és osztályozására korlátozódott, azaz leíró tudomány volt. Ez azonban nem akadályozta meg az ókori természetkutatókat, Hippokratészt (i.e. 460–377), Arisztotelészt (Kr. e. 384–322) és Theophrasztot (igazi nevén Tirtham, ie 372–287). az emberi test és az állatok felépítéséről, valamint az állatok és növények biológiai sokféleségéről alkotott elképzeléseket, lefektetve ezzel az emberi anatómia és élettan, állat- és növénytan alapjait.

Az élő természettel kapcsolatos ismeretek elmélyítése, a korábban felhalmozott tények rendszerezése, amely a 16–18. században történt, a bináris nómenklatúra bevezetésével, valamint a növények (C. Linnaeus) és az állatok harmonikus taxonómiájának megalkotásával (J. B. Lamarck) csúcsosodott ki. ).

Jelentős számú, hasonló morfológiai jellemzőkkel rendelkező faj leírása, valamint őslénytani leletek előfeltételeivé váltak a fajok eredetével és a szerves világ történeti fejlődési útjaival kapcsolatos elképzelések kialakításának. Így F. Redi, L. Spallanzani és L. Pasteur 17–19. századi kísérletei megcáfolták a spontán generáció Arisztotelész által felvetett és a középkorban elterjedt hipotézisét, valamint A. I. Oparin és a biokémiai evolúció elméletét. J. Haldane, amelyet S. Miller és G. Yuri ragyogóan megerősített, lehetővé tette számunkra, hogy válaszoljunk a minden élőlény eredetére vonatkozó kérdésre.

Ha az élőlények élettelen összetevőkből való keletkezésének folyamata és fejlődése önmagában már nem kelt kétséget, akkor a szerves világ történeti fejlődésének mechanizmusai, útjai és irányai még mindig nem teljesen ismertek, hiszen a kettő közül egyik sem a fő versengő evolúciós elméletek (C. Darwin elmélete alapján megalkotott szintetikus evolúcióelmélet és J. B. Lamarck elmélete) még mindig nem tudnak átfogó bizonyítékkal szolgálni.

A mikroszkópia és a rokon tudományok egyéb módszereinek alkalmazása – a más természettudományok terén elért haladásnak, valamint a kísérleti gyakorlat bevezetésének köszönhetően – lehetővé tette T. Schwann és M. Schleiden német tudósok számára, hogy sejtelméletet fogalmazzanak meg még a világban. század, később R. Virchow és K. Baer kiegészítette. Ez lett a biológia legfontosabb általánosítása, amely a szerves világ egységével kapcsolatos modern elképzelések sarokkövét képezte.

Az, hogy G. Mendel cseh szerzetes felfedezte az örökletes információ átviteli mintáit, lendületet adott a biológia további gyors fejlődésének a 20–21. században, és nemcsak az öröklődés egyetemes hordozójának, a DNS-nek a felfedezéséhez vezetett, hanem a genetikai kódot, valamint az örökletes információ ellenőrzésének, olvasásának és változékonyságának alapvető mechanizmusait.

A környezetről alkotott elképzelések fejlődése vezetett egy olyan tudomány megjelenéséhez, mint az ökológia és a megfogalmazás tanítások a bioszféráról mint egymással összefüggő hatalmas biológiai komplexumok, valamint a Földön végbemenő kémiai és geológiai folyamatok összetett többkomponensű bolygórendszere (V.I. Vernadsky), ami végső soron lehetővé teszi az emberi gazdasági tevékenység negatív következményeinek legalább kis mértékben csökkentését.

A biológia tehát fontos szerepet játszott a modern természettudományos világkép kialakításában.

Szintszervezés és evolúció. Az élő természet fő szerveződési szintjei: sejtes, szervezeti, populáció-faji, biogeocenotikus, bioszféra. Biológiai rendszerek. A biológiai rendszerek általános jellemzői: sejtszerkezet, kémiai összetétel jellemzői, anyagcsere és energiaátalakítás, homeosztázis, ingerlékenység, mozgás, növekedés és fejlődés, szaporodás, evolúció

Szintszervezés és evolúció

Az élő természet nem homogén képződmény, mint egy kristály, az alkotó objektumok végtelen sokfélesége képviseli (csak jelenleg körülbelül 2 millió élőlényfajt írnak le). Ugyanakkor ez a sokféleség nem bizonyítéka a benne uralkodó káosznak, hiszen az élőlények sejtszerkezetűek, az azonos fajhoz tartozó szervezetek populációkat alkotnak, az egy földön vagy vízen élő összes populáció közösséget alkot, és a testekkel kölcsönhatásban. Az élettelen természetből biogeocenózisokat alkotnak, amelyek viszont a bioszférát alkotják.

Az élő természet tehát egy olyan rendszer, amelynek összetevői szigorú sorrendbe rendezhetők: alacsonyabbról magasabbra. Ez a szervezési elv lehetővé teszi az egyének megkülönböztetését szinteketés átfogó megértést ad az életről mint természeti jelenségről. A szervezet minden szintjén meghatározásra kerül egy elemi egység és egy elemi jelenség. Mint elemi egység tekintsünk egy struktúrát vagy tárgyat, amelynek változásai az élet megőrzésének és fejlődésének folyamatában a megfelelő szintre jellemző hozzájárulást jelentenek, miközben ez a változás maga elemi jelenség.

Egy ilyen többszintű struktúra kialakulása nem történhetett meg azonnal - ez több milliárd éves történelmi fejlődés eredménye, amely során az életformák fokozatosan bonyolódnak: szerves molekulák komplexeiből sejtekbe, sejtekből organizmusokba, stb. Ha létrejött, ez a szerkezet egy összetett szabályozási rendszernek köszönhetően fenntartja létét, és tovább fejlődik, és az élő anyag szerveződésének minden szintjén ennek megfelelő evolúciós átalakulások következnek be.

Az élő természet fő szerveződési szintjei: sejtes, szervezeti, populáció-faji, biogeocenotikus, bioszféra

Jelenleg az élőanyag szerveződésének több fő szintje van: sejtszintű, szervezeti, populáció-faji, biogeocenotikus és bioszféra.

Sejtszint

Bár az élőlények egyes tulajdonságainak megnyilvánulása már a biológiai makromolekulák (fehérjék, nukleinsavak, poliszacharidok stb.) kölcsönhatásából adódik, az élőlények szerkezetének, funkcióinak és fejlődésének egysége a sejt, amely képes hordozni Az öröklődő információk megvalósításának és továbbításának folyamatait az anyagcserével és az energiaátalakítással összekapcsolva, ezzel biztosítva a szervezet magasabb szintjei működését. A sejtszintű szerveződés elemi egysége a sejt, az elemi jelenség pedig a sejtanyagcsere reakciói.

Szervezeti szint

Szervezetönálló létezésre képes integrált rendszer. A szervezeteket alkotó sejtek száma alapján egysejtűekre és többsejtűekre osztják őket. Az egysejtű szervezetek sejtszintű szerveződése (amoeba vulgaris, zöld euglena stb.) egybeesik a szervezet szintjével. A Föld történetében volt egy időszak, amikor minden élőlényt csak egysejtű formák képviseltek, de ezek biztosították mind a biogeocenózisok, mind a bioszféra egészének működését. A legtöbb többsejtű szervezetet szövetek és szervek halmaza képviseli, amelyeknek viszont szintén sejtszerkezetük van. A szervek és szövetek meghatározott funkciók ellátására alkalmasak. Ennek a szintnek az elemi egysége az egyed egyedfejlődésében, vagyis ontogenezisében, ezért a szervezeti szintet is ún. ontogenetikus. Ezen a szinten elemi jelenség a szervezet egyéni fejlődésében bekövetkező változások.

Populáció-faj szint

Népesség- ez azonos fajhoz tartozó egyedek gyűjteménye, amelyek szabadon keresztezik egymást, és külön élnek más hasonló egyedcsoportoktól.

A populációkban az öröklött információk szabad cseréje és a leszármazottak felé történő továbbítása zajlik. A populáció a populáció-faj szint elemi egysége, az elemi jelenség ebben az esetben az evolúciós átalakulások, például a mutációk és a természetes szelekció.

Biogeocenotikus szint

Biogeocenosis különböző fajok populációinak történelmileg kialakult közösségét képviseli, amelyek anyagcserével és energiával kapcsolódnak egymáshoz és a környezethez.

A biogeocenózisok olyan elemi rendszerek, amelyekben az élőlények élettevékenysége által meghatározott anyag- és energiaciklus zajlik. Maguk a biogeocenózisok egy adott szintű elemi egységek, míg az elemi jelenségek energiaáramlások és anyagciklusok bennük. A biogeocenózisok alkotják a bioszférát, és meghatározzák a benne előforduló összes folyamatot.

Bioszféra szintje

Bioszféra- a Föld élőlények által lakott és általuk átalakított héja.

A bioszféra az élet legmagasabb szintű szervezettsége a bolygón. Ez a héj fedi a légkör alsó részét, a hidroszférát és a litoszféra felső rétegét. A bioszféra, mint minden más biológiai rendszer, dinamikus, és az élőlények aktívan átalakítják. Maga a bioszféra szint elemi egysége, és az élő szervezetek részvételével végbemenő anyagok és energia keringési folyamatait elemi jelenségnek tekintjük.

Mint fentebb említettük, az élő anyag szerveződésének mindegyik szintje egyetlen evolúciós folyamathoz járul hozzá: a sejtben nemcsak a beágyazott örökletes információ reprodukálódik, hanem annak változása is bekövetkezik, ami új kombinációk megjelenéséhez vezet. a szervezet jellemzői és tulajdonságai, amelyek viszont a természetes szelekció hatásának vannak kitéve populáció-faj szinten stb.

Biológiai rendszerek

A változó összetettségű biológiai objektumok (sejtek, organizmusok, populációk és fajok, biogeocenózisok és maga a bioszféra) jelenleg az ún. biológiai rendszerek.

A rendszer szerkezeti elemek egysége, amelyek kölcsönhatása mechanikai összességükhöz képest új tulajdonságokat eredményez. Így az organizmusok szervekből állnak, a szerveket szövetek alkotják, a szövetek pedig sejteket alkotnak.

A biológiai rendszerek jellemző vonásai az integritásuk, a szerveződési szint elve, amint azt fentebb tárgyaltuk, és a nyitottság. A biológiai rendszerek integritása nagyrészt önszabályozással valósul meg, a visszacsatolás elvén működő.

NAK NEK nyílt rendszerek olyan rendszereket foglalnak magukban, amelyek között anyag-, energia- és információcsere megy végbe köztük és a környezet között, például a növények a fotoszintézis folyamatában felfogják a napfényt, elnyelik a vizet és a szén-dioxidot, így oxigént szabadítanak fel.

A biológiai rendszerek általános jellemzői: sejtszerkezet, kémiai összetétel jellemzői, anyagcsere és energiaátalakítás, homeosztázis, ingerlékenység, mozgás, növekedés és fejlődés, szaporodás, evolúció

A biológiai rendszerek különböznek az élettelen testektől a jelek és tulajdonságok összességében, amelyek közül a legfontosabbak a sejtszerkezet, a kémiai összetétel, az anyagcsere és az energiaátalakítás, a homeosztázis, az ingerlékenység, a mozgás, a növekedés és fejlődés, a szaporodás és az evolúció.

Az élőlény elemi szerkezeti és funkcionális egysége a sejt. Még a nem sejtes életformákhoz tartozó vírusok sem képesek önszaporodásra a sejteken kívül.

Kétféle sejtszerkezet létezik: prokariótaÉs eukarióta. A prokarióta sejteknek nincs kialakult sejtmagjuk, genetikai információjuk a citoplazmában koncentrálódik. A prokarióták elsősorban baktériumokat foglalnak magukban. Az eukarióta sejtekben a genetikai információkat egy speciális szerkezetben - a sejtmagban - tárolják. Az eukarióták közé tartoznak a növények, állatok és gombák. Ha az egysejtű szervezetekben az élet minden megnyilvánulása a sejtben rejlik, akkor a többsejtű szervezetekben a sejtek specializálódása következik be.

Az élő szervezetekben egyetlen olyan kémiai elem sem található, amely az élettelen természetben ne létezne, de koncentrációjuk az első és a második esetben jelentősen eltér. Az élő természetben a szerves vegyületek részét képező elemek, mint a szén, a hidrogén és az oxigén dominálnak, míg az élettelen természetre elsősorban a szervetlen anyagok jellemzőek. A legfontosabb szerves vegyületek a nukleinsavak és a fehérjék, amelyek az önreprodukciós és önfenntartó funkciókat látják el, de ezek egyike sem élethordozó, hiszen sem egyenként, sem csoportosan nem képesek önreprodukcióra - ehhez molekulák és szerkezetek integrált komplexére van szükség, amely a sejt.

Minden élő rendszer, beleértve a sejteket és az élőlényeket is, nyitott rendszer. Ellentétben azonban az élettelen természettel, ahol főleg az anyagok egyik helyről a másikra való átjutása vagy aggregációs állapotuk megváltozása következik be, az élőlények képesek az elfogyasztott anyagok kémiai átalakítására és az energia felhasználására. Az anyagcsere és az energiaátalakítás olyan folyamatokhoz kapcsolódik, mint a táplálkozás, a légzés és a kiválasztás.

Alatt ételáltalában megértik az energiatartalékok feltöltéséhez és a test felépítéséhez szükséges anyagok szervezetbe jutását, emésztését és asszimilációját. A táplálkozás módszere szerint minden élőlény fel van osztva autotrófokÉs heterotrófok.

Autotrófok- ezek olyan szervezetek, amelyek képesek szerves anyagokat szintetizálni szervetlenekből.

Heterotrófok- Ezek olyan élőlények, amelyek kész szerves anyagokat fogyasztanak élelmiszerként. Az autotrófokat fotoautotrófokra és kemoautotrófokra osztják. Fotoautotrófok a napfény energiáját felhasználni szerves anyagok szintetizálására. A fényenergiát szerves vegyületek kémiai kötéseinek energiájává alakító folyamatot nevezzük fotoszintézis. A növények túlnyomó többsége és egyes baktériumok (például cianobaktériumok) fotoautotrófok. Általánosságban elmondható, hogy a fotoszintézis nem túl produktív folyamat, aminek következtében a legtöbb növény ragaszkodó életmódra kényszerül. Kemoautotrófok energia kinyerése szerves vegyületek szervetlen vegyületekből történő szintéziséhez. Ezt a folyamatot ún kemoszintézis. A tipikus kemoautotrófok bizonyos baktériumok, köztük a kénbaktériumok és a vasbaktériumok.

A fennmaradó szervezetek – állatok, gombák és a baktériumok túlnyomó többsége – heterotrófok.

A légzés a szerves anyagok egyszerűbbre bontásának folyamata, amely során az élőlények életének fenntartásához szükséges energia szabadul fel.

Megkülönböztetni aerob légzés, oxigént igénylő és anaerob, oxigén részvétele nélkül fordul elő. A legtöbb organizmus aerob, bár az anaerobok baktériumok, gombák és állatok között is megtalálhatók. Az oxigénlégzéssel az összetett szerves anyagok vízzé és szén-dioxiddá bomlanak le.

A kiürülés általában az anyagcsere végtermékeinek, valamint a táplálékból kapott vagy abban képződő különféle anyagok (víz, sók stb.) feleslegének eltávolítását jelenti a szervezetből. A kiválasztási folyamatok különösen intenzívek az állatoknál, míg a növények rendkívül gazdaságosak.

Az anyagcserének és az energiának köszönhetően biztosított a szervezet kapcsolata a környezettel, és megmarad a homeosztázis.

Homeosztázis- ez a biológiai rendszerek azon képessége, hogy ellenálljanak a változásoknak és fenntartsák a kémiai összetétel, szerkezet és tulajdonságok viszonylagos állandóságát, valamint biztosítsák a működés állandóságát változó környezeti feltételek mellett. A változó környezeti feltételekhez való alkalmazkodást alkalmazkodásnak nevezzük.

Ingerlékenység- ez az élőlények univerzális tulajdonsága, hogy reagáljanak a külső és belső hatásokra, ami alapja a szervezet alkalmazkodása a környezeti feltételekhez és túlélésük. A növények reakciója a külső körülmények változásaira például abból áll, hogy a levéllemezeket a fény felé fordítják, és a legtöbb állatnál összetettebb, reflexív jellegű formái vannak.

Mozgalom- a biológiai rendszerek szerves tulajdonsága. Nemcsak a testek és részeik térbeli mozgásában nyilvánul meg, például irritáció hatására, hanem a növekedés és fejlődés folyamatában is.

A szaporodás eredményeként megjelenő új élőlények nem kész tulajdonságokat kapnak szüleiktől, hanem bizonyos genetikai programokat, bizonyos tulajdonságok kialakításának lehetőségét. Ez az örökletes információ az egyedfejlődés során valósul meg. Az egyéni fejlődés általában a test mennyiségi és minőségi változásaiban fejeződik ki. A test mennyiségi változásait növekedésnek nevezzük. Megnyilvánulnak például a szervezet tömegének és lineáris dimenzióinak növekedésében, ami a molekulák, sejtek és más biológiai struktúrák szaporodásán alapul.

A szervezet fejlődése- ez a minőségi szerkezeti különbségek megjelenése, a funkciók bonyolultsága stb., ami a sejtdifferenciálódáson alapul.

Az élőlények növekedése az egész életen át folytatódhat, vagy egy meghatározott szakaszban véget érhet. Az első esetben beszélünk korlátlan, vagy nyitott növekedés. Növényekre és gombákra jellemző. A második esetben van dolgunk korlátozott, vagy zárt növekedés, amely állatokra és baktériumokra jellemző.

Az egyedi sejt, szervezet, faj és egyéb biológiai rendszerek létezésének időtartama időben korlátozott, elsősorban a környezeti tényezők hatására, ezért e rendszerek állandó szaporodása szükséges. A sejtek és élőlények szaporodása a DNS-molekulák önkettőzésének folyamatán alapul. Az élőlények szaporodása biztosítja a faj létét, a Földön élő összes faj szaporodása pedig a bioszféra létét.

Átöröklés a szülői formák jellemzőinek több generáción keresztüli átörökítésének nevezzük.

Ha azonban a jellemzők a szaporodás során megmaradnának, a változó környezeti feltételekhez való alkalmazkodás lehetetlenné válna. Ebben a tekintetben megjelent az örökléssel ellentétes tulajdonság - változékonyság.

Változékonyság- ez az élet során új tulajdonságok, tulajdonságok elsajátításának lehetősége, amely biztosítja a leginkább alkalmazkodó fajok fejlődését és túlélését.

Evolúció az élőlények történelmi fejlődésének visszafordíthatatlan folyamata.

Azon alapul progresszív szaporodás, örökletes változékonyság, létharcÉs természetes kiválasztódás. Ezeknek a tényezőknek a hatása a különböző környezeti feltételekhez alkalmazkodó életformák rendkívül sokféleségéhez vezetett. A progresszív evolúció számos szakaszon ment keresztül: precelluláris formákon, egysejtűeken, egyre bonyolultabb többsejtűeken, egészen az emberig.

Genetika, feladatai. Az öröklődés és a változékonyság az élőlények sajátosságai. Genetikai módszerek. Genetikai alapfogalmak és szimbolika. Az öröklődés kromoszómális elmélete. Modern elképzelések a génről és a genomról

Genetika, feladatai

A természettudomány és a sejtbiológia 18–19. századi fejlődése lehetővé tette számos tudós számára, hogy feltételezéseket tegyen bizonyos örökletes tényezők létezéséről, amelyek meghatározzák például az örökletes betegségek kialakulását, de ezeket a feltételezéseket nem támasztották alá releváns bizonyítékok. Még az intracelluláris pangenezis H. de Vries által 1889-ben megfogalmazott elmélete is, amely feltételezi bizonyos „pangének” létezését a sejtmagban, amelyek meghatározzák a szervezet örökletes hajlamait, és ezek közül csak azok kerülhetnek a protoplazmába, amelyek meghatározzák a szervezet örökletes hajlamait. típusú sejt, nem tudta megváltoztatni a helyzetet, valamint A. Weissman „csíraplazma” elmélete, amely szerint az ontogenezis folyamata során szerzett tulajdonságok nem öröklődnek.

Csak G. Mendel (1822–1884) cseh kutató munkái váltak a modern genetika alapkövévé. Annak ellenére azonban, hogy műveit tudományos publikációk idézték, kortársai nem figyeltek rájuk. És csak az, hogy három tudós – E. Chermak, K. Correns és H. de Vries – egyszerre újra felfedezte a független öröklődés mintáit, arra kényszerítette a tudományos közösséget, hogy a genetika eredetéhez forduljon.

Genetika egy olyan tudomány, amely az öröklődés és változékonyság mintázatait, valamint ezek kezelésének módszereit vizsgálja.

A genetika feladatai jelen szakaszban az örökítőanyag minőségi és mennyiségi jellemzőinek vizsgálata, a genotípus szerkezetének és működésének elemzése, a gén finomszerkezetének megfejtése és a génaktivitás szabályozásának módszerei, az örökletes emberi fejlődést előidéző ​​gének felkutatása. betegségek és ezek „korrekciójának” módszerei, új generációs DNS-oltóanyag-típus szerinti gyógyszerkészítmények létrehozása, olyan új tulajdonságokkal rendelkező élőlények gén- és sejtsebészeti módszerekkel történő felépítése, amelyek képesek előállítani az ember számára szükséges gyógyszereket, élelmiszereket, mint az emberi genom teljes megfejtése.

Öröklődés és változékonyság - az élőlények tulajdonságai

Átöröklés az élőlények azon képessége, hogy tulajdonságaikat és tulajdonságaikat generációkon keresztül továbbadják.

Változékonyság- a szervezetek azon képessége, hogy életük során új tulajdonságokat sajátítsanak el.

Jelek- ezek az organizmusok bármely morfológiai, fiziológiai, biokémiai és egyéb jellemzői, amelyekben egyesek különböznek másoktól, például szemszín. Tulajdonságok más néven az organizmusok bármely olyan funkcionális jellemzője, amely egy bizonyos szerkezeti jellemzőn vagy elemi jellemzők csoportján alapul.

Az élőlények jellemzőit fel lehet osztani minőségÉs mennyiségi. A kvalitatív jeleknek két vagy három kontrasztos megnyilvánulása van, amelyeket ún alternatív jelek, például a kék és a barna szemszín, míg a mennyiségiekben (tehéntejhozam, búzahozam) nincs egyértelműen meghatározott különbség.

Az öröklődés anyagi hordozója a DNS. Az eukariótákban kétféle öröklődés létezik: genotípusosÉs citoplazmatikus. A genotípusos öröklődés hordozói a sejtmagban lokalizálódnak, és a továbbiakban tárgyaljuk őket, míg a citoplazmatikus öröklődés hordozói a mitokondriumokban és plasztidokban található cirkuláris DNS-molekulák. A citoplazmás öröklődés elsősorban a tojással terjed, ezért más néven anyai.

Az emberi sejtek mitokondriumaiban kevés gén lokalizálódik, de ezek változása jelentős hatással lehet a szervezet fejlődésére, például vakság kialakulásához vagy a mobilitás fokozatos csökkenéséhez vezethet. A plasztidok ugyanolyan fontos szerepet játszanak a növények életében. Így a levél egyes területein klorofillmentes sejtek jelenhetnek meg, ami egyrészt a növényi termőképesség csökkenéséhez vezet, másrészt a dekoratív tereprendezésben felértékelődnek az ilyen tarka szervezetek. Az ilyen példányok főként ivartalanul szaporodnak, mivel az ivaros szaporodás gyakran közönséges zöld növényeket hoz létre.

Genetikai módszerek

1. A hibridológiai módszer vagy a keresztezési módszer a szülői egyedek kiválasztásából és az utódok elemzéséből áll. Ebben az esetben egy organizmus genotípusát a leszármazottakban lévő gének fenotípusos megnyilvánulásai alapján ítélik meg, amelyeket egy bizonyos keresztezési sémával kaptak. Ez a genetika legrégebbi informatív módszere, amelyet legteljesebben G. Mendel alkalmazott először a statisztikai módszerrel kombinálva. Ez a módszer etikai okokból nem alkalmazható a humán genetikában.

2. A citogenetikai módszer a kariotípus vizsgálatán alapul: a szervezet kromoszómáinak száma, alakja és mérete. Ezen jellemzők tanulmányozása lehetővé teszi a különböző fejlődési patológiák azonosítását.

3. A biokémiai módszer lehetővé teszi, hogy meghatározza a különböző anyagok tartalmát a szervezetben, különösen azok feleslegét vagy hiányát, valamint számos enzim aktivitását.

4. A molekuláris genetikai módszerek a vizsgált DNS-szakaszok szerkezeti eltéréseinek azonosítására és primer nukleotidszekvenciájának megfejtésére irányulnak. Lehetővé teszik az örökletes betegségek gének azonosítását még az embriókban is, az apaság megállapítását stb.

5. A populációstatisztikai módszer lehetővé teszi egy populáció genetikai összetételének, egyes gének és genotípusok gyakoriságának, genetikai terhelésének meghatározását, valamint egy populáció fejlődési kilátásainak felvázolását.

6. A szomatikus sejtek tenyészetben történő hibridizálásának módszere lehetővé teszi bizonyos gének kromoszómákban történő lokalizációjának meghatározását különböző organizmusok sejtjeinek fúziója során, például egér és hörcsög, egér és ember stb.

Genetikai alapfogalmak és szimbolika

Gén- ez egy DNS-molekula vagy kromoszóma egy része, amely információt hordoz egy szervezet egy bizonyos tulajdonságáról vagy tulajdonságáról.

Egyes gének egyszerre több tulajdonság megnyilvánulását is befolyásolhatják. Ezt a jelenséget az ún pleiotrópia. Például az a gén, amely az arachnodactyly (pók ujjak) örökletes betegségének kialakulását okozza, a lencse görbületét és számos belső szerv patológiáját is okozza.

Minden gén szigorúan meghatározott helyet foglal el a kromoszómában - locus. Mivel a legtöbb eukarióta szervezet szomatikus sejtjeiben a kromoszómák párosak (homológok), a párosított kromoszómák mindegyike tartalmaz egy bizonyos tulajdonságért felelős gén egy példányát. Az ilyen géneket ún allélikus.

Az allél gének leggyakrabban két változatban léteznek - domináns és recesszív. Uralkodó allélnek nevezzük, amely attól függetlenül nyilvánul meg, hogy melyik gén található a másik kromoszómán, és elnyomja a recesszív gén által kódolt tulajdonság kialakulását. A domináns allélokat általában a latin ábécé nagybetűivel (A, B, C stb.), a recesszív allélokat pedig kisbetűkkel (a, b, c stb.) jelölik. Recesszív Az allélok csak akkor fejezhetők ki, ha mindkét páros kromoszómán elfoglalják a lókuszt.

Az olyan szervezetet, amelynek mindkét homológ kromoszómáján ugyanazok az allélok, nevezzük homozigóta erre a génre, ill homozigóta(AA, aa, AABB, aabb stb.), és egy olyan szervezetet, amelynek mindkét homológ kromoszómáján különböző génváltozatok találhatók - domináns és recesszív - ún. heterozigóta erre a génre, ill heterozigóta(Aa, AaBb stb.).

Számos génnek három vagy több szerkezeti változata lehet, például az AB0 rendszer szerinti vércsoportokat három allél kódolja - I A, I B, i. Ezt a jelenséget az ún többszörös allelizmus. Egy pár minden kromoszómája azonban ebben az esetben is csak egy allélt hordoz, vagyis mindhárom génváltozat nem reprezentálható egy szervezetben.

Genom- egy haploid kromoszómakészletre jellemző génkészlet.

Genotípus- egy diploid kromoszómakészletre jellemző génkészlet.

Fenotípus- egy szervezet jellemzőinek és tulajdonságainak összessége, amely a genotípus és a környezet kölcsönhatásának eredménye.

Mivel az organizmusok sok tulajdonságban különböznek egymástól, öröklődésük mintázata csak az utód két vagy több tulajdonságának elemzésével állapítható meg. A keresztezést, amelyben figyelembe veszik az öröklődést, és az utódok pontos mennyiségi megszámlálását végezzük egy pár alternatív jellemző szerint, az ún. monohibrid m, két párban - dihibrid, több jel szerint - polihibrid.

Az egyed fenotípusa alapján nem mindig lehet meghatározni a genotípusát, mivel mind a domináns génre homozigóta (AA), mind heterozigóta (Aa) szervezetben megjelenik a fenotípusban a domináns allél. Ezért egy szervezet genotípusának kereszt-megtermékenyítéssel történő ellenőrzésére használják próba kereszt- keresztezés, amelyben egy domináns tulajdonságú szervezetet egy recesszív génre homozigóta szervezettel kereszteznek. Ebben az esetben a domináns génre homozigóta organizmus nem okoz hasadást az utódokban, míg a heterozigóta egyedek utódaiban egyenlő számban vannak domináns és recesszív tulajdonságokkal rendelkező egyedek.

A keresztezési sémák rögzítésére leggyakrabban a következő egyezményeket használják:

R (a lat. szülő- szülők) - szülő szervezetek;

$♀$ (Vénusz alkímiai jele - tükör fogantyúval) - anyai példány;

$♂$ (a Mars alkímiai jele - pajzs és lándzsa) - apai egyed;

$×$ - átkelő tábla;

F 1, F 2, F 3 stb. - az első, második, harmadik és azt követő generáció hibridjei;

F a - elemző keresztezésből származó utódok.

Az öröklődés kromoszómális elmélete

A genetika megalapítójának, G. Mendelnek és legközelebbi követőinek a leghalványabb fogalma sem volt az örökletes hajlamok anyagi alapjáról, a génekről. Azonban már 1902–1903-ban T. Boveri német biológus és W. Satton amerikai diák egymástól függetlenül felvetette, hogy a kromoszómák viselkedése a sejtérés és megtermékenyítés során lehetővé teszi az örökletes tényezők Mendel szerinti szétválásának magyarázatát, azaz véleményük szerint a géneknek a kromoszómákon kell elhelyezkedniük. Ezek a feltételezések váltak az öröklődés kromoszómális elméletének sarokkövévé.

1906-ban W. Bateson és R. Punnett angol genetikusok a mendeli szegregáció megsértését fedezték fel az édesborsó keresztezése során, honfitársuk, L. Doncaster pedig az egresmolylepkékkel végzett kísérletei során a nemhez kötött öröklődést fedezett fel. E kísérletek eredményei egyértelműen ellentmondtak a mendelinek, de ha figyelembe vesszük, hogy ekkor már ismert volt, hogy a kísérleti objektumok ismert jellemzői jóval meghaladják a kromoszómák számát, és ez arra utal, hogy minden kromoszóma egynél több gént hordoz, és egy kromoszóma génjei együtt öröklődnek.

1910-ben T. Morgan csoportja megkezdte a kísérleteket egy új kísérleti objektumon - a Drosophila gyümölcslégyen. E kísérletek eredményei a 20. század 20-as éveinek közepére lehetővé tették az öröklődés kromoszómális elméletének alapelvei megfogalmazását, a kromoszómák gének sorrendjének és a köztük lévő távolságok meghatározását, azaz az első felállítást. kromoszómák térképei.

Az öröklődés kromoszómális elméletének alapelvei:

1. A gének a kromoszómákon helyezkednek el. Az azonos kromoszómán lévő gének együtt öröklődnek, vagy összekapcsolódnak, és ún kuplung csoport. A kapcsolódási csoportok száma számszerűen megegyezik a kromoszómák haploid halmazával.
2. Minden gén szigorúan meghatározott helyet foglal el a kromoszómában - egy lókuszt.
3. A kromoszómák gének lineárisan helyezkednek el.
4. A génkapcsolat megszakadása csak a keresztezés eredményeként következik be.
5. A kromoszómán lévő gének közötti távolság arányos a köztük lévő átkelés százalékával.
6. A független öröklődés csak a nem homológ kromoszómák génjeire jellemző.

Modern elképzelések a génről és a genomról

A huszadik század 40-es éveinek elején J. Beadle és E. Tatum a neurospóra gombával végzett genetikai vizsgálatok eredményeit elemezve arra a következtetésre jutottak, hogy minden gén szabályozza egy enzim szintézisét, és megfogalmazta az „egy” elvet. gén – egy enzim”.

F. Jacobnak, J. L. Monodnak és A. Lvovnak azonban már 1961-ben sikerült megfejteniük az E. coli gén szerkezetét és tanulmányozniuk aktivitásának szabályozását. Ezért a felfedezésért 1965-ben fiziológiai és orvosi Nobel-díjat kaptak.

A kutatás során az egyes tulajdonságok kialakulását szabályozó szerkezeti gének mellett sikerült azonosítani a szabályozó géneket is, amelyek fő funkciója a más gének által kódolt tulajdonságok megnyilvánulása.

A prokarióta gén felépítése. A prokarióták szerkezeti génje összetett szerkezetű, mivel szabályozó régiókat és kódoló szekvenciákat tartalmaz. A szabályozó régiók közé tartozik a promoter, az operátor és a terminátor. Promoter a gén azon régiója, amelyhez az RNS-polimeráz enzim kapcsolódik, amely biztosítja az mRNS szintézisét a transzkripció során. VAL VEL operátor, amely a promoter és a szerkezeti szekvencia között helyezkedik el, kötődni tud represszor fehérje, amely nem teszi lehetővé az RNS-polimeráz számára, hogy elkezdje olvasni a kódoló szekvenciából származó örökletes információkat, és csak az eltávolítása teszi lehetővé a transzkripció megkezdését. A represszor szerkezetét általában egy szabályozó gén kódolja, amely a kromoszóma másik részében található. Az információ olvasása a gén egy szakaszánál ér véget Végrehajtó.

Kódolási sorrend Egy szerkezeti gén információt tartalmaz a megfelelő fehérje aminosav-szekvenciájáról. A prokarióták kódoló szekvenciáját ún cisztronomés egy prokarióta gén kódoló és szabályozó régióinak összessége - operon. Általában a prokariótákban, köztük az E. coliban, viszonylag kis számú gén található egyetlen körkörös kromoszómán.

A prokarióták citoplazmája további kis körkörös vagy nyitott DNS-molekulákat is tartalmazhat, amelyeket plazmidoknak neveznek. A plazmidok képesek beépülni a kromoszómákba, és egyik sejtről a másikra továbbíthatók. Információkat hordozhatnak a nemi jellemzőkről, a patogenitásról és az antibiotikum-rezisztenciáról.

Az eukarióta gén felépítése. A prokariótáktól eltérően az eukarióta gének nem rendelkeznek operonszerkezettel, mivel nem tartalmaznak operátort, és minden szerkezeti gént csak egy promoter és egy terminátor kísér. Ezenkívül az eukarióta génekben jelentős régiók ( exonok) felváltva jelentéktelenekkel ( intronok), amelyek teljesen mRNS-sé íródnak át, majd érésük során kivágódnak. Az intronok biológiai szerepe a mutációk valószínűségének csökkentése jelentős régiókban. Az eukarióták gének szabályozása sokkal összetettebb, mint a prokariótáknál leírtak.

Az emberi genom. Minden emberi sejtben a 46 kromoszóma körülbelül 2 m DNS-t tartalmaz, szorosan egy kettős hélixbe tömörülve, amely körülbelül 3,2 $ × $ 10 9 nukleotidpárból áll, ami körülbelül 10 19 000 00 000 lehetséges egyedi kombinációt biztosít. A huszadik század 80-as éveinek végére megközelítőleg 1500 emberi gén elhelyezkedése volt ismert, de összlétszámukat körülbelül 100 ezerre becsülték, hiszen csak az embernek körülbelül 10 ezer örökletes betegsége van, nem beszélve a különböző fehérjék számáról. sejtekben találhatók.

1988-ban indult el a nemzetközi Human Genome projekt, amely a 21. század elejére a nukleotidszekvencia teljes dekódolásával ért véget. Lehetővé tette annak megértését, hogy két különböző ember 99,9%-ban hasonló nukleotidszekvenciával rendelkezik, és csak a maradék 0,1% határozza meg egyéniségünket. Összesen megközelítőleg 30-40 ezer szerkezeti gént fedeztek fel, de ezek száma 25-30 ezerre csökkent, ezek között nemcsak egyediek, hanem százszor és ezerszer ismétlődő gének is vannak. Ezek a gének azonban sokkal nagyobb számú fehérjét kódolnak, például több tízezer védőfehérjét - immunglobulinokat.

Genomunk 97%-a genetikai „szemét”, amely csak azért létezik, mert jól tud szaporodni (az ezeken a területeken átíródó RNS soha nem hagyja el a sejtmagot). Például génjeink között nemcsak „emberi” gének találhatók, hanem a Drosophila légy génjeihez hasonló gének 60%-a is, és génjeink akár 99%-a is hasonló a csimpánzokhoz.

A genom dekódolásával párhuzamosan a kromoszómatérképezés is megtörtént, melynek eredményeként nem csak felfedezni, hanem egyes örökletes betegségek kialakulásáért felelős géneket, valamint a gyógyszer célpontját is sikerült meghatározni. gének.

Az emberi genom dekódolása még nem adott közvetlen hatást, hiszen kaptunk egyfajta instrukciót egy ilyen összetett szervezet emberként való összeállításához, de nem tanultuk meg, hogyan kell előállítani, vagy legalábbis kijavítani a hibákat. Ennek ellenére a molekuláris medicina korszaka már a küszöbön áll világszerte, olyan úgynevezett génkészítményeket fejlesztenek ki, amelyek nem csak a megtermékenyített petesejtben, hanem az élő emberekben is képesek blokkolni, törölni vagy akár kiváltani a kóros géneket.

Nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy az eukarióta sejtekben a DNS nemcsak a sejtmagban, hanem a mitokondriumokban és a plasztidokban is megtalálható. A nukleáris genommal ellentétben a mitokondriumokban és a plasztidokban lévő gének szerveződése sok hasonlóságot mutat a prokarióta genom szerveződésével. Annak ellenére, hogy ezek az organellumok a sejt örökletes információinak kevesebb, mint 1%-át hordozzák, és még csak nem is kódolják a saját működésükhöz szükséges teljes fehérjekészletet, képesek a szervezet egyes jellemzőit jelentősen befolyásolni. Így a klorofitum, borostyán és mások növényeinek tarkaságát kisszámú leszármazott is örökli, még akkor is, ha két tarka növényt kereszteznek. Ez annak köszönhető, hogy a plasztidok és mitokondriumok többnyire a tojás citoplazmájával terjednek, ezért az ilyen öröklődést anyai, vagy citoplazmás öröklődésnek nevezik, ellentétben a genotípusossal, amely a sejtmagban lokalizálódik.

Term "biológia" két görög „biosz” szóból áll – az élet és a „logosz” – tudás, tanítás, tudomány. Innen ered a biológia, mint az élet minden megnyilvánulásában tanulmányozó tudomány klasszikus meghatározása.

Biológia feltárja a létező és kihalt élőlények sokféleségét, felépítését, funkcióját, eredetét, evolúcióját, elterjedését és egyedfejlődését, az egymással, a közösségek és az élettelen természettel való kapcsolatokat.

Biológia az életben rejlő általános és sajátos mintákat vizsgálja annak minden megnyilvánulási formájában és tulajdonságaiban: anyagcsere, szaporodás, öröklődés, változékonyság, alkalmazkodóképesség, növekedés, fejlődés, ingerlékenység, mozgékonyság stb.

Kutatási módszerek a biológiában

1. Megfigyelés- a legegyszerűbb és leginkább hozzáférhető módszer. Például megfigyelheti az évszakos változásokat a természetben, a növények és állatok életében, az állatok viselkedésében stb.
2. Leírás biológiai tárgyak (szóbeli vagy írásbeli leírás).
3. Összehasonlítás– hasonlóságok és különbségek keresése az organizmusok között, a taxonómiában használatos.
4. Kísérleti módszer(laboratóriumi vagy természetes körülmények között) – biológiai kutatás a fizika és a kémia különböző műszereivel és módszereivel.
5. Mikroszkópia– a sejtek és sejtszerkezetek vizsgálata fény- és elektronmikroszkóppal. Fénymikroszkópok lehetővé teszi a sejtek és az egyes organellumok alakjának és méretének megtekintését. Elektronikus – az egyes organellumok kis szerkezetei.
6. Biokémiai módszer- élő szervezetek sejtjeinek és szöveteinek kémiai összetételének tanulmányozása.
7. Citogenetikai– a kromoszómák mikroszkóp alatti vizsgálatának módszere. Kimutathatja a genomi mutációkat (például Down-szindróma), kromoszómamutációkat (a kromoszómák alakjának és méretének változásait).
8. Ultracentrifugálás- az egyes sejtszerkezetek (organellumok) izolálása és további vizsgálata.
9. Történelmi módszer– a kapott tények összehasonlítása a korábban kapott eredményekkel.
10. Modellezés– folyamatok, struktúrák, ökoszisztémák stb. különféle modelljeinek létrehozása. a változások előrejelzése érdekében.
11. Hibridológiai módszer– a keresztezés módszere, az öröklődési minták vizsgálatának fő módszere.
12. Genealógiai módszer– a törzskönyvek összeállításának módszere, amely egy tulajdonság öröklődési típusának meghatározására szolgál.
13. Iker módszer– olyan módszer, amely lehetővé teszi a környezeti tényezők hatásának arányának meghatározását a tulajdonságok kialakulásában. Az egypetéjű ikrekre vonatkozik.

A biológia kapcsolata más tudományokkal.

Az élő természet sokfélesége olyan nagy, hogy a modern biológiát tudományegyüttesként kell bemutatni. A biológia olyan tudományok alapja, mint pl orvostudomány, ökológia, genetika, szelekció, növénytan, állattan, anatómia, élettan, mikrobiológia, embriológia stb. A biológia más tudományokkal együtt olyan tudományokat alakított ki, mint a biofizika, biokémia, bionika, geobotanika, állatföldrajz stb. A tudomány és a technika gyors fejlődésével összefüggésben az élő szervezetek kutatásának új irányai és új tudományok jelennek meg biológiához kapcsolódóan jelennek meg. Ez ismét bizonyítja, hogy az élővilág sokrétű és összetett, és szorosan összefügg az élettelen természettel.

Biológiai alaptudományok – vizsgálatuk tárgyai

1. Az anatómia az élőlények külső és belső felépítése.
2. Élettan – életfolyamatok.
3. Orvostudomány - emberi betegségek, okaik és kezelési módszerek.
4. Ökológia – élőlények közötti kapcsolatok a természetben, az ökoszisztémákban zajló folyamatok mintázata.
5. Genetika - az öröklődés és a változékonyság törvényei.
6. A citológia a sejtek tudománya (szerkezet, élettevékenység stb.).
7. Biokémia – biokémiai folyamatok élő szervezetekben.
8. Biofizika – fizikai jelenségek élő szervezetekben.
9. A nemesítés új és meglévő fajták, fajták, törzsek létrehozása és továbbfejlesztése.
10. Őslénytan – ősi organizmusok fosszilis maradványai.
11. Embriológia - embriók fejlődése.

Az ember alkalmazhatja a biológia területén szerzett ismereteit:

• betegségek megelőzésére és kezelésére
• elsősegélynyújtáskor balesetek áldozatai;
• növénytermesztésben, állattenyésztésben
• olyan környezetvédelmi tevékenységekben, amelyek hozzájárulnak a globális környezeti problémák megoldásához (az élőlények természetben fennálló kölcsönhatásairól, a környezet állapotát negatívan befolyásoló tényezőkről stb.) A BIOLÓGIA MINT TUDOMÁNY

Az élőlények jelei és tulajdonságai:

1. Sejtszerkezet. A sejt egyetlen szerkezeti és funkcionális egység, valamint a Föld szinte összes élő szervezetének fejlődési egysége. A vírusok kivételt képeznek, de még ők is csak akkor mutatnak élő tulajdonságokat, ha egy sejtben vannak. A sejten kívül nem mutatnak életjeleket.

2. A kémiai összetétel egysége. Az élőlények ugyanazokból a kémiai elemekből állnak, mint az élettelenek, de az élőlények tömegének 90%-a négy elemből származik: S, O, N, N, amelyek részt vesznek az összetett szerves molekulák, például fehérjék, nukleinsavak, szénhidrátok, lipidek képzésében.

3. Az anyagcsere és az energia az élőlények fő tulajdonságai. Két egymással összefüggő folyamat eredményeként valósul meg: a szervezetben a szerves anyagok szintézise (a fényből és az élelmiszerből származó külső energiaforrások miatt) és az összetett szerves anyagok bomlásának folyamata az energia felszabadulásával, amely azután elfogyasztja a szervezet. Az anyagcsere biztosítja a kémiai összetétel állandóságát folyamatosan változó környezeti feltételek mellett.

4. Nyitottság. Minden élő szervezet nyitott rendszer, vagyis olyan rendszer, amely csak akkor stabil, ha folyamatosan energiát és anyagot kap a környezetből.

5. Önreprodukció (reprodukció). Az önszaporodás képessége minden élő szervezet legfontosabb tulajdonsága. Bármely élő szervezet szerkezetére és működésére vonatkozó információkon alapul, nukleinsavakba ágyazva, és biztosítja az élő szervezet szerkezetének és létfontosságú tevékenységének specifikusságát.

6. Önszabályozás. Az önszabályozási mechanizmusoknak köszönhetően a szervezet belső környezetének relatív állandósága megmarad, i.e. a kémiai összetétel állandósága és az élettani folyamatok intenzitása megmarad - homeosztázis.

7. Fejlődés és növekedés. Az egyedfejlődés (ontogenezis) folyamatában a szervezet egyedi tulajdonságai fokozatosan és következetesen megjelennek (fejlődés), növekedése (méretnövekedés) következik be. Ráadásul minden élő rendszer fejlődik – változik a történelmi fejlődés során (filogenetika).

8. Ingerlékenység. Minden élő szervezet képes reagálni a külső és belső hatásokra.

9. Átöröklés. Minden élő szervezet képes megőrizni és az utódoknak átadni az alapvető tulajdonságokat.

10. Változékonyság. Minden élő szervezet képes a változásra és új tulajdonságok megszerzésére.

Az élő természet szerveződésének alapszintjei

Az összes élő természet biológiai rendszerek gyűjteménye. Az élő rendszerek fontos tulajdonságai a többszintű és hierarchikus szervezettség. A biológiai rendszerek részei maguk is egymással összefüggő részekből álló rendszerek. Minden szinten minden biológiai rendszer egyedi és különbözik a többi rendszertől.

A tudósok az élőlények tulajdonságainak megnyilvánulásának jellemzői alapján az élő természet szerveződésének több szintjét azonosították:

1. Molekuláris szint - a sejtekben található szerves anyagok (fehérjék, lipidek, szénhidrátok stb.) molekulái képviselik. Molekuláris szinten tanulmányozható a biológiai molekulák tulajdonságai, szerkezete, szerepük a sejtben, a szervezet életében stb. Például a DNS-molekula megkétszerezése, a fehérje szerkezete stb.

2. Sejtszint – sejtek képviselik. Sejtszinten kezdenek megjelenni az élőlények tulajdonságai és jelei. Sejtszinten tanulmányozható a sejtek és a sejtszerkezetek felépítése, működése, a bennük zajló folyamatok. Például a citoplazma mozgása, sejtosztódás, fehérje bioszintézis a riboszómákban stb.

3. Szerv-szöveti szint – többsejtű szervezetek szövetei és szervei képviselik. Ezen a szinten lehet tanulmányozni a szövetek, szervek felépítését, működését, a bennük zajló folyamatokat. Például a szív összehúzódása, a víz és a sók mozgása az edényeken és így tovább.

4. Szervezeti szint – egysejtű és többsejtű szervezetek képviselik. Ezen a szinten a szervezet egészét vizsgálják: szerkezetét és létfontosságú funkcióit, a folyamatok önszabályozási mechanizmusait, az életkörülményekhez való alkalmazkodást stb.

5. Populáció-faj szint– ugyanazon faj egyedeiből álló populációk, amelyek egy adott területen hosszú ideig együtt élnek. Egy egyed élete genetikailag meghatározott, kedvező feltételek mellett a populáció korlátlanul létezhet. Mivel ezen a szinten kezdenek működni az evolúció mozgatórugói - a létért való küzdelem, a természetes szelekció, stb.. Populáció-faj szinten az egyedszám dinamikáját, a populáció kor-nemi összetételét, evolúciós alakulását vizsgálják. a népességben bekövetkezett változások, és így tovább.

6. Ökoszisztéma szint– egy adott területen együtt élő különböző fajok populációi képviselik. Ezen a szinten vizsgálják az élőlények és a környezet kapcsolatait, az ökoszisztémák termelékenységét és fenntarthatóságát meghatározó feltételeket, az ökoszisztémák változásait stb.

7. Bioszféra szintje– az élő anyag legmagasabb szintű szerveződési formája, amely egyesíti a bolygó összes ökoszisztémáját. Ezen a szinten a folyamatokat az egész bolygó léptékében tanulmányozzák - a természetben előforduló anyag- és energiaciklusokat, globális környezeti problémákat, a Föld éghajlatának változásait stb. Jelenleg a bioszféra állapotára gyakorolt ​​emberi befolyás vizsgálata folyik. a globális környezeti válság megelőzése kiemelten fontos.

1. jegy 1. A biológia mint tudomány, eredményei, kapcsolatai más tudományokkal. Élő tárgyak tanulmányozásának módszerei. A biológia szerepe az emberi életben és a gyakorlati tevékenységekben. 2. A növényvilág, különbségei az élő természet más birodalmaitól. Magyarázza el, hogy jelenleg melyik növénycsoport van domináns helyen a Földön! Keresse meg ennek a csoportnak a képviselőit az élő növények vagy herbáriumi példányok között. 3. Az emberi szervezet anyagcseréjével és energiaátalakításával kapcsolatos ismeretek felhasználásával tudományos magyarázatot adni a fizikai inaktivitás, a stressz, a rossz szokások és a túlevés anyagcserére gyakorolt ​​hatásáról.

1. Biológia (görögül bios life, logos science) az élet tudománya. Tanulmányozza az élő szervezeteket, szerkezetüket, fejlődésüket és eredetüket, a környezetükkel és más élő szervezetekkel való kapcsolatukat. 2. Biológia - az életről, az élő természetről szóló tudományok összessége (lásd a „Biológiai tudományok rendszere”). I. A biológia mint tudomány, eredményei más tudományokkal összefüggésben. Élő tárgyak tanulmányozásának módszerei. A biológia szerepe az emberi életben és a gyakorlati tevékenységekben.

3. Alapvető módszerek a biológiában 1.megfigyelés (lehetővé teszi a biológiai jelenségek leírását), 2.összehasonlítás (lehetővé teszi, hogy általános mintákat találjunk a különböző élőlények felépítésében és életében), 3.kísérlet vagy tapasztalat (segíti a kutatót a biológiai objektumok tulajdonságai), 4.modellezés (megfigyelésre, kísérleti reprodukálásra hozzáférhetetlen folyamatokat szimulálnak), 5. történeti módszer (a modern szerves világra és annak múltjára vonatkozó adatok alapján megismerik az élő természet fejlődési folyamatait) .

4. A biológia eredményei: 1). A Földön létező nagyszámú élőlényfaj leírása; 2). Sejt-, evolúciós, kromoszómaelmélet megalkotása; 3). Az öröklődés szerkezeti egységei (gének) molekuláris szerkezetének feltárása szolgált alapul a géntechnológia megalkotásához. 4). A modern biológia vívmányainak gyakorlati alkalmazása lehetővé teszi iparilag jelentős mennyiségű biológiailag aktív anyag előállítását.

6). Az öröklődés és változékonyság törvényeinek ismeretének köszönhetően a mezőgazdaságban nagy sikereket értek el új, nagy termőképességű háziállat- és kultúrnövény-fajták létrehozásában. 5). Az élőlények közötti kapcsolatok vizsgálata alapján biológiai módszereket dolgoztak ki a növényi kártevők elleni védekezésre.

7.) A biológiában nagy jelentőséget tulajdonítanak a fehérje bioszintézis mechanizmusainak és a fotoszintézis titkainak feltárásának, ami megnyitja az utat a szerves tápanyagok megszerzéséhez. Ezenkívül az élőlények szerveződési elveinek (bionika) iparban történő alkalmazása (az építőiparban, új gépek és mechanizmusok létrehozása során) jelentős gazdasági hatást hoz a jelenben és a jövőben is. A méhsejt kialakítás képezte az építkezéshez szükséges "méhsejtpanelek" gyártásának alapját

Ilyen helyzetben az élelmiszerforrások növelésének egyetlen alapja a mezőgazdaság intenzifikálása lehet. Ebben a folyamatban fontos szerepet kap a mikroorganizmusok, növények és állatok új, rendkívül produktív formáinak nemesítése, valamint a természeti erőforrások ésszerű, tudományosan megalapozott felhasználása.

1. A növények autotrófok és képesek a fotoszintézisre; 2. Pigmenteket tartalmazó plasztidok jelenléte a sejtekben; 3. A sejteket cellulózfal veszi körül; 4.Vákuolák jelenléte sejtnedvvel a sejtekben; 5. Korlátlan növekedés; 6. Vannak növényi hormonok - fitohormonok; 7. Ozmotikus típusú táplálkozás (a tápanyagok átvétele a sejtmembránon keresztül bejutó vizes oldatok formájában).

Az angiospermák vagy virágos növények a modern magasabb rendű növények legnagyobb részlege, mintegy 250 ezer fajt számlál. Minden éghajlati övezetben nőnek, és részei a földgömb összes biogeocenózisának. Ez azt jelzi, hogy nagy mértékben alkalmazkodnak a modern földi létfeltételekhez.

A zárvatermő növények (virágos növények) adaptációi, amelyek lehetővé tették számukra, hogy domináns pozíciót foglaljanak el a Földön: I. A virágos növények vegetatív szervei érik el a legnagyobb komplexitást és változatosságot. II. A virágos növények fejlettebb vezetőrendszerrel rendelkeznek, amely jobb vízellátást biztosít a növény számára. III. A virágzó növényeknek most először van új szerve - a virág. A petesejtek a petefészek zárt üregébe záródnak, amelyet egy vagy több összenőtt karpel alkot. A magok a gyümölcsbe vannak zárva. Megjelent a kettős megtermékenyítés, ami élesen megkülönbözteti őket a növényvilág összes többi csoportjától. IV. A legfontosabb átalakulások a vezetőképes rendszerben történtek. A tracheidák helyett az erek válnak a xilém fő vezető elemeivé, ami jelentősen felgyorsítja a felszálló áram mozgását. Így a zárvatermők további lehetőségeket kaptak a versenyben, és végül „győztesek” lettek a létért folytatott küzdelemben.

III. Az emberi szervezet anyagcseréjével és energiaátalakításával kapcsolatos ismeretek felhasználásával adjon tudományos magyarázatot a fizikai inaktivitás, a stressz, a rossz szokások és a túlevés anyagcserére gyakorolt ​​hatásáról. A szervezet számos anyagot kap kívülről, feldolgozza, energiát vagy azokat a molekulákat nyerve, amelyekre a szervezetnek szüksége van saját szöveteinek felépítéséhez. A keletkező anyagcseretermékek kiürülnek a szervezetből. A disszimilációs (az anyagok lebontása energia felszabadulásával) és az asszimiláció (a szervezet számára szükséges anyagok szintézise) reakcióinak összességét metabolizmusnak nevezzük. Egészséges testben az asszimiláció és a disszimiláció szigorúan egyensúlyban van. Minden anyagcsere-reakciót az idegrendszer és az endokrin rendszer szabályoz. Az anyagcserezavarok számos emberi betegség hátterében állnak.

1. A fizikai inaktivitás - csökkent fizikai aktivitás, fizikai aktivitás hiánya - az izmok, a szív- és érrendszer teljesítményének csökkenéséhez, ennek következtében anyagcserezavarokhoz és az egész szervezet egészének állapotának romlásához vezet. A fizikai aktivitásra el nem költött tápanyagok raktározódnak, ami gyakran elhízáshoz vezet. A túlevés is hozzájárul ehhez (2).

3. A stressz a szervezet védekező reakciója, amely lehetővé teszi számára a túlélést veszély idején. A stressz mozgósítja a szervezet képességeit, hormonok felszabadulásával jár, fokozza a szív- és érrendszeri tevékenység intenzitását stb. A súlyos és különösen hosszan tartó stressz azonban az emberi erő kimerüléséhez és anyagcserezavarokhoz vezethet.

4. Az alkoholtartalmú italok folyamatos fogyasztása nagyon erős negatív hatással van az anyagcserére. Alkoholistáknál az oxidáló etil-alkohol bizonyos mennyiségű energiát ad a szervezetnek, de nagyon mérgező anyagokat is termel, amelyek elpusztítják a máj- és agysejteket. Fokozatosan csökken az alkoholisták étvágya, és abbahagyják a normál mennyiségű fehérjék, zsírok és szénhidrátok fogyasztását, alkoholos italokkal helyettesítve, ami a szervezet pusztulásához vezet. A krónikus alkoholistáknak mindig károsodott a májuk, fogynak, és fokozatos izompusztulás következik be.

5. A dohányzás erős negatív hatással van az anyagcserére is, mivel tönkreteszi a tüdőt, és megakadályozza, hogy a szervezet megkapja a szükséges mennyiségű oxigént. Ráadásul a dohányzás nagymértékben növeli a tüdőrák kialakulásának valószínűségét.

6. Az anyagcserében részt vevő kábítószerek függőséget okoznak, a nikotin, alkohol stb. bevitelének abbahagyása elvonási tünetekkel jár – a közérzet éles romlása. Így fiziológiai és pszichológiai függőség lép fel a drogoktól.