Bagian 1. Biologi - ilmu kehidupan.
Rencana
Topik 1. Biologi sebagai ilmu, prestasinya, metode penelitian, hubungannya dengan ilmu-ilmu lain. Peran biologi dalam kehidupan manusia dan kegiatan praktis.
Topik 2. Tanda dan sifat makhluk hidup: struktur seluler, ciri komposisi kimia, metabolisme dan konversi energi, homeostasis, iritabilitas, reproduksi, perkembangan
Topik 3. Tingkat utama organisasi satwa liar: seluler, organisme, populasi-spesies, biogeocenotic
Biologi sebagai ilmu, prestasinya, metode mengetahui alam yang hidup. Peran biologi dalam pembentukan ilmu-ilmu alam modern gambaran ilmiah perdamaian.
Biologi sebagai ilmu.
Biologi(dari bahasa Yunani bios- kehidupan, logo- kata, ilmu) adalah ilmu yang kompleks tentang alam yang hidup.
Pokok bahasan biologi adalah segala manifestasi kehidupan: struktur dan fungsi makhluk hidup, keanekaragamannya, asal usul dan perkembangannya, serta interaksinya dengan lingkungan. Tugas pokok biologi sebagai ilmu adalah menafsirkan segala fenomena alam yang hidup atas dasar ilmiah, dengan memperhatikan bahwa seluruh organisme mempunyai sifat-sifat yang secara fundamental berbeda dengan komponen-komponennya.
Istilah “biologi” ditemukan dalam karya ahli anatomi Jerman T. Roose (1779) dan K.-F. Burdach (1800), namun baru pada tahun 1802 digunakan pertama kali secara mandiri oleh J.-B. Lamarck dan G.-R. Treviranus untuk menunjukkan ilmu yang mempelajari organisme hidup.
Ilmu Biologi.
Saat ini biologi mencakup sejumlah ilmu yang dapat disistematisasikan menurut kriteria sebagai berikut: subjek dan dominan metode penelitian dan pada subjek yang sedang dipelajari tingkat organisasi satwa liar. Menurut pokok bahasannya, ilmu biologi dibedakan menjadi bakteriologi, botani, virologi, zoologi, dan mikologi.
Botani adalah ilmu biologi yang mempelajari secara komprehensif tumbuhan dan tutupan vegetasi bumi. Ilmu hewan- cabang biologi, ilmu tentang keanekaragaman, struktur, aktivitas kehidupan, persebaran dan hubungan hewan dengan lingkungannya, asal usul dan perkembangannya. Bakteriologi- ilmu biologi yang mempelajari struktur dan aktivitas bakteri, serta perannya di alam. Ilmu pengetahuan virus- ilmu biologi yang mempelajari virus. Objek utama ilmu jamur adalah jamur, struktur dan ciri-ciri kehidupannya. Lichenologi- ilmu biologi yang mempelajari lumut kerak. Bakteriologi, virologi dan beberapa aspek mikologi sering dibahas sebagai bagiannya mikrobiologi- bagian biologi, ilmu tentang mikroorganisme (bakteri, virus dan jamur mikroskopis). Taksonomi, atau taksonomi,- ilmu biologi yang menjelaskan dan mengklasifikasikan ke dalam kelompok semua makhluk hidup dan punah.
Pada gilirannya, masing-masing ilmu biologi yang terdaftar dibagi menjadi biokimia, morfologi, anatomi, fisiologi, embriologi, genetika dan sistematika (tumbuhan, hewan atau mikroorganisme). Biokimia adalah ilmu tentang komposisi kimia materi hidup, proses kimia yang terjadi pada organisme hidup dan mendasari aktivitas vitalnya. Morfologi- ilmu biologi yang mempelajari bentuk dan struktur organisme, serta pola perkembangannya. Dalam arti luas mencakup sitologi, anatomi, histologi, dan embriologi. Membedakan morfologi hewan dan tumbuhan. Anatomi adalah salah satu cabang ilmu biologi (lebih tepatnya morfologi), ilmu yang mempelajari struktur internal dan bentuk organ individu, sistem dan organisme secara keseluruhan. Anatomi tumbuhan dianggap sebagai bagian dari botani, anatomi hewan dianggap sebagai bagian dari zoologi, dan anatomi manusia merupakan ilmu tersendiri. Fisiologi- ilmu biologi yang mempelajari proses kehidupan organisme tumbuhan dan hewan, sistem individualnya, organ, jaringan dan sel. Ada fisiologi tumbuhan, hewan dan manusia. Embriologi (biologi perkembangan)- cabang biologi, ilmu tentang perkembangan individu suatu organisme, termasuk perkembangan embrio.
Obyek genetika adalah hukum hereditas dan variabilitas. Saat ini merupakan salah satu ilmu biologi yang berkembang paling dinamis.
Menurut tingkat organisasi satwa liar yang dipelajari, biologi molekuler, sitologi, histologi, organologi, biologi organisme, dan sistem superorganisme dibedakan. Biologi molekuler adalah salah satu cabang biologi termuda, ilmu yang mempelajari, khususnya, organisasi informasi herediter dan biosintesis protein. Sitologi, atau biologi sel,- ilmu biologi yang objek kajiannya adalah sel-sel organisme uniseluler maupun multiseluler. Histologi- ilmu biologi, cabang ilmu morfologi yang objeknya adalah struktur jaringan tumbuhan dan hewan. Ke bola organologi mencakup morfologi, anatomi dan fisiologi berbagai organ dan sistemnya.
Biologi organisme mencakup semua ilmu yang berhubungan dengan organisme hidup, misalnya. etologi- ilmu tentang perilaku organisme.
Biologi sistem supraorganisme dibagi menjadi biogeografi dan ekologi. Mempelajari distribusi organisme hidup biogeografi, ketika ekologi- organisasi dan fungsi sistem supraorganisme di berbagai tingkatan: populasi, biocenosis (komunitas), biogeocenosis (ekosistem) dan biosfer.
Menurut metode penelitian yang berlaku, kita dapat membedakan deskriptif (misalnya morfologi), eksperimental (misalnya fisiologi) dan biologi teoretis.
Identifikasi dan penjelasan tentang pola struktur, fungsi dan perkembangan satwa liar di berbagai tingkatan organisasinya adalah tugasnya biologi umum. Ini mencakup biokimia, biologi molekuler, sitologi, embriologi, genetika, ekologi, studi evolusi dan antropologi. Doktrin evolusioner mempelajari alasannya kekuatan pendorong, mekanisme dan pola umum evolusi organisme hidup. Salah satu bagiannya adalah paleontologi- ilmu yang pokok bahasannya adalah sisa-sisa fosil makhluk hidup. Antropologi- bagian biologi umum, ilmu tentang asal usul dan perkembangan manusia sebagai spesies biologis, serta keanekaragaman populasi manusia modern dan pola interaksinya.
Aspek terapan biologi antara lain meliputi bidang bioteknologi, pemuliaan dan ilmu-ilmu lain yang berkembang pesat. Bioteknologi ditelepon ilmu biologi, yang mempelajari penggunaan organisme hidup dan proses biologis dalam produksi. Ini banyak digunakan dalam industri makanan (pembuatan kue, pembuatan keju, pembuatan bir, dll.) dan farmasi (produksi antibiotik, vitamin), untuk pemurnian air, dll. Pilihan- ilmu tentang metode untuk menciptakan ras hewan peliharaan, varietas tanaman budidaya, dan strain mikroorganisme dengan sifat-sifat yang diperlukan manusia. Seleksi juga dipahami sebagai proses perubahan makhluk hidup yang dilakukan manusia untuk memenuhi kebutuhannya.
Kemajuan ilmu biologi erat kaitannya dengan keberhasilan ilmu alam dan lainnya ilmu eksakta, seperti fisika, kimia, matematika, ilmu komputer, dll. Misalnya, mikroskop, ultrasonografi (ultrasound), tomografi, dan metode biologi lainnya didasarkan pada hukum fisika, dan studi tentang struktur molekul biologis dan proses yang terjadi pada makhluk hidup. sistem tidak akan mungkin terjadi tanpa penerapan metode kimia dan fisika. Penggunaan metode matematika memungkinkan, di satu sisi, untuk mengidentifikasi adanya hubungan alami antara objek atau fenomena, untuk memastikan keandalan hasil yang diperoleh, dan di sisi lain, untuk memodelkan suatu fenomena atau proses. DI DALAM akhir-akhir ini Metode komputer, seperti pemodelan, menjadi semakin penting dalam biologi. Di persimpangan antara biologi dan ilmu-ilmu lain, muncul sejumlah ilmu baru, seperti biofisika, biokimia, bionik, dll.
"Studi biologi" - Mekanisme genetik. Masalah terkini dalam biologi. Terima kasih atas perhatian Anda! Metode genomik. Urutan DNA. Elektroforesis. Rekayasa seluler. Peningkatan proses oksidasi. Mengapa kita sekarat? Thanatalogy adalah ilmu tentang kematian. Nama kreatif: Ingin tahu lebih banyak? Topik: Arah baru dalam biologi.
“Permainan Biologi” - Tambahan pada permainan. Nama penyakit manakah yang berasal dari kata kerja latin “tersedak”? Bukan hanya satuan kecepatan kapal laut, tetapi juga bagian batang. Makhluk hidup manakah yang K. Linnaeus klasifikasikan sebagai “kekacauan”? Menulis pepatah terkenal. Apa jenis anjing dalam cerita D. London "White Fang"? 80. “Seekor lebah berbulu untuk hop yang harum…” Musik oleh A. Petrov, dan kata-katanya siapa?
“Portofolio prestasi pendidikan” - Filosofi portofolio. Kemungkinan kualitas dan hitungan bahan portofolio. Buku harian pribadi siswa. Apa itu portofolio? Dari mana semuanya dimulai? Konsep. Resume siswa. Analisis survei mahasiswa Universitas Kedokteran Negeri No. 2. Khudyakova T.M. Portofolio siswa. Bagian “ringkasan pernyataan ringkasan”.
“Prestasi Astronomi” - Perbedaan dengan pengamatan sebelumnya. 1821 tabel diterbitkan. Dia belajar astronomi secara otodidak. Pencarian paralaks tahunan Friedrich Bessel (1784-1846). Instrumen tercanggih. Publikasi. Penyimpangan orbit Merkurius Bujur perihelion - lebih dari 100 tahun sebesar 527". Pencarian paralaks tahunan Vasily Yakovlevich (Wilhelm) Struve (1793-1864).
“Prestasi abad ke-19” - Pertama kereta api diletakkan antara Sankt Peterburg dan Moskow pada 1 November 1851. Kesimpulan: transportasi perkotaan telah berubah, transportasi orang menjadi lebih baik. Jalan-jalan pertama-tama diterangi dengan minyak tanah dan kemudian dengan lampu gas. Kesimpulan: orang menjadi lebih mudah untuk berkomunikasi satu sama lain. Fashion berubah: gaun menjadi lebih halus, lebih canggih, dan juga lebih nyaman digunakan.
“Ujian Negara Terpadu Biologi 2009” - Analisis disusun berdasarkan laporan ketua Komisi Ujian Negara Terpadu Biologi L.V. Skor rata-rata di Rusia 52,3 di wilayah Yaroslavl 54,3 di kota Yaroslavl 54,0. Tugas tersulit di Bagian C. Kekurangan umum dalam jawaban Bagian C. Hasil Ujian Negara Bersatu dalam biologi 2009. 2 orang mendapat nilai 100 poin Wilayah Yaroslavl, termasuk Tatyana Berseneva dari gimnasium No. 3 di Yaroslavl Nilai rata-rata lebih dari 70 - sekolah No. 80 dan No. 33.
Biologi adalah suatu sistem ilmu tentang alam yang hidup. Di antara berbagai ilmu biologi, salah satu yang pertama, lebih dari dua ribu tahun yang lalu, adalah ilmu yang mempelajari tumbuhan - botani (dari bahasa Yunani botane - hijau) - dan hewan - zoologi (dari bahasa Yunani zoon - hewan - dan logos) . Kemajuan perkembangan biologi dari waktu ke waktu menyebabkan munculnya berbagai arah yang akan Anda kenal di sekolah menengah.
Setiap organisme hidup di lingkungan tertentue.Habitat adalah bagian alam sekitar makhluk hidup yang berinteraksi dengannya. Ada banyak organisme hidup di sekitar kita. Ini adalah tumbuhan, hewan,akan menjadi bakteri. Masing-masing kelompok ini dipelajari secara terpisahSaya seorang ilmuwan biologi.
Pentingnya biologi dalam kehidupan
orang. Di zaman kita, umat manusia menghadapi situasi yang sangat akutmereka bangun seperti ini masalah umum sebagai perlindungan kesehatan,menyediakan makanan dan melestarikan keanekaragaman organisme di planet kita. Biologi, penelitian yang ditujukan untuk memecahkan masalah ini dan lainnya, berinteraksi erat dengan kedokteran, pertanian, industri, khususnya makanan dan minuman.cahaya, dll.
Anda semua tahu bahwa ketika seseorang sakit, dia menggunakan obat. Mayoritas zat obat diperoleh dari tanaman atau produk limbah mikroorganisme. Misalnya, kehidupan ratusan juta orang telah terselamatkan melalui penggunaan antibiotik (dari bahasa Yunani anti - pr.otiv - dan bios). Mereka diproduksi tipe tertentu jamur dan bakteri. Antibiotik membunuh agen penyebab banyak penyakit berbahaya pada manusia dan hewan.
Biologi juga memainkan peran penting dalam menyediakan makanan bagi umat manusiasaya makan. Para ilmuwan sedang menciptakan varietas tanaman dan ras hewan baru dengan hasil tinggi, yang memungkinkan diperolehnya lebih banyak produk panganania. Penelitian oleh para ahli biologidiarahkan
untuk melestarikan dan meningkatkan kesuburan tanah, sehingga menjamin hasil yang tinggi. Organisme hidup banyak digunakan
akujuga digunakan dalam industri. Misalnya, orang memperoleh yogurt, kefir, dan keju berkat aktivitas jenis bakteri dan jamur tertentu.
Namun, aktivitas ekonomi manusia yang aktif dan sering kali diabaikan telah menyebabkan polusi yang signifikan. lingkungan zat berbahaya bagi semua makhluk hidup, hingga perusakan hutan, stepa perawan, dan waduk. Selama berabad-abad yang lalu, ribuan spesies hewan, tumbuhan, dan jamur telah punah, dan puluhan ribu lainnya berada di ambang kepunahan. Tetapi hilangnya satu spesies organisme pun berarti kerugian yang tidak dapat diperbaiki untuk keanekaragaman hayati planet kita. Oleh karena itu, para ilmuwan membuat daftar spesies tumbuhan, hewan dan jamur yang memerlukan perlindungan (yang disebut Buku Merah), serta
video YouTube
mengidentifikasi wilayah di mana spesies ini dilindungi (cadangan, nasionaltaman yang sama, dll.).
Dengan demikian, biologi adalah ilmu yang dirancang melalui penelitiannya untuk meyakinkan manusia akan perlunya menghormati alam dan mematuhi hukum-hukumnya. Oleh karena itu, ini dianggap sebagai ilmu masa depan.
Peran biologi dalam realitas modern sulit ditaksir terlalu tinggi, karena ia mempelajari secara detail kehidupan manusia dalam segala manifestasinya. Saat ini, ilmu ini menggabungkan hal tersebut konsep-konsep penting seperti evolusi, teori sel, genetika, homeostatis dan energi. Fungsinya antara lain mempelajari perkembangan seluruh makhluk hidup, yaitu: struktur organisme, tingkah lakunya, serta hubungan satu sama lain dan hubungan dengan lingkungan.
Pentingnya biologi dalam kehidupan manusiaMenjadi jelas jika kita menarik kesejajaran antara permasalahan utama kehidupan seseorang, misalnya kesehatan, gizi, serta pilihan kondisi kehidupan yang optimal. Saat ini banyak sekali ilmu-ilmu yang lepas dari biologi, menjadi tidak kalah penting dan mandiri. Ini termasuk zoologi, botani, mikrobiologi, dan virologi. Dari jumlah tersebut, sulit untuk memilih yang paling signifikan; semuanya mewakili kumpulan pengetahuan mendasar paling berharga yang dikumpulkan oleh peradaban.
Ilmuwan terkemuka bekerja di bidang pengetahuan ini, sepertiClaudius Galen, Hippocrates, Carl Linnaeus, Charles Darwin, Alexander Oparin, Ilya Mechnikov dan banyak lainnya. Berkat penemuan-penemuan mereka, khususnya studi tentang organisme hidup, muncullah ilmu morfologi, serta fisiologi, yang mengumpulkan pengetahuan tentang sistem organisme makhluk hidup. Genetika telah memainkan peran yang sangat berharga dalam perkembangan penyakit keturunan.
Biologi telah menjadi landasan yang kokoh dalam bidang kedokteran, sosiologi dan ekologi. Penting agar ilmu ini, seperti ilmu lainnya, tidak statis, tetapi terus diperbarui dengan ilmu-ilmu baru, yang ditransformasikan dalam bentuk ilmu-ilmu baru. teori biologis dan hukum.
Peran biologi dalam masyarakat modern, tapi istimewa
tapi dalam pengobatan, tak ternilai harganya. Dengan bantuannya ditemukan metode pengobatan penyakit virus yang bersifat bakteriologis dan menyebar dengan cepat. Setiap kali kita berpikir tentang peran biologi dalam masyarakat modern, kita ingat bahwa berkat kepahlawanan para ahli biologi medis, pusat-pusat epidemi mengerikan lenyap dari planet Bumi: wabah penyakit, kolera, demam tifoid, antraks, cacar dan penyakit lain yang tidak kalah berbahayanya bagi kehidupan manusia.
Berdasarkan fakta, kita dapat dengan aman mengatakan bahwa peran biologi dalam masyarakat modern terus berkembang. Tidak mungkin untuk membayangkannya kehidupan modern tanpa seleksi, penelitian genetik, produksi produk pangan baru, serta sumber energi ramah lingkungan.
Arti penting biologi adalah bahwa biologi mewakili landasan dan landasan teoretis bagi banyak orang ilmu-ilmu maju, misalnya seperti rekayasa genetika dan bionik. Dia memiliki penemuan hebat - menguraikan genom manusia. Arah seperti bioteknologi juga diciptakan atas dasar pengetahuan yang dipadukan dalam biologi. Saat ini, teknologi seperti ini memungkinkan terciptanya obat-obatan yang aman untuk pencegahan dan pengobatan yang tidak membahayakan tubuh. Hasilnya, tidak hanya angka harapan hidup yang bisa ditingkatkan, tapi juga kualitasnya.
Pentingnya biologi sebagai ilmu sangatlah besar, karena pengetahuan perkembangan sejarah dunia organik, pola dalam struktur dan fungsi sistem kehidupan dari berbagai tingkatan, keterkaitannya, stabilitas dan dinamismenya berperan peran penting dalam pembentukan pandangan dunia materialistis, penyusunan gambaran ilmiah tentang dunia.
Selain itu, biologi berkontribusi pada pemecahan masalah-masalah praktis yang penting.
Prestasi teoritis biologi banyak digunakan dalam pengobatan. Keberhasilan dan penemuan dalam biologilah yang menentukan tingkat modern ilmu kedokteran. Dengan demikian, data genetik memungkinkan untuk mengembangkan metode diagnosis dini, pengobatan dan pencegahan penyakit keturunan pada manusia. Pemilihan mikroorganisme memungkinkan diperolehnya enzim, vitamin, dan hormon yang diperlukan untuk pengobatan sejumlah penyakit. Perkembangan rekayasa genetika membuka prospek luas untuk diproduksi secara biologis senyawa aktif dan bahan obat. Misalnya dengan menggunakan metode rekayasa genetika, gen hormon insulin diperoleh dan kemudian dimasukkan ke dalam genom Escherichia coli. Strain E. coli ini mampu mensintesis insulin manusia, yang digunakan untuk mengobati diabetes. Dengan cara yang sama, somatotropin (hormon pertumbuhan) dan hormon manusia lainnya, interferon, obat imunogenik dan vaksin saat ini diperoleh.
Pola biologis umum paling banyak digunakan untuk memecahkan masalah berbagai masalah di banyak industri perekonomian nasional. Pesatnya pertumbuhan populasi dunia dan terus berkurangnya wilayah yang ditempati oleh produksi pertanian telah menyebabkan hal ini masalah global modernitas - produksi pangan. Masalah ini dapat diatasi dengan ilmu-ilmu seperti budidaya tanaman dan peternakan, berdasarkan capaian genetika dan seleksi. Berkat pengetahuan tentang hukum hereditas dan variabilitas, dimungkinkan untuk menciptakan varietas yang sangat produktif tanaman budidaya dan ras hewan peliharaan, yang memungkinkan produksi pertanian intensif dan memenuhi kebutuhan penduduk dunia akan sumber daya pangan.
Penggunaan prinsip pengorganisasian makhluk hidup (bionik) dalam industri, teknik mesin, dan pembuatan kapal membawa manfaat ekonomi yang signifikan saat ini dan di masa depan.
Menyelesaikan hal tersebut masalah penting modernitas, seperti perlindungan lingkungan, penggunaan rasional sumber daya alam, membantu lingkungan. Ini melibatkan identifikasi dan eliminasi konsekuensi negatif dampak manusia terhadap alam (pencemaran lingkungan dalam jumlah besar zat berbahaya), definisi mode penggunaan rasional cagar biosfer. Tugas mendesak ekologi adalah menjamin pelestarian biosfer dan kemampuan alam untuk mereproduksi dirinya sendiri.
Prestasi biologi di versi modern taksonomi kehidupan
Berdasarkan pencapaian ilmiah terkini dalam ilmu biologi modern, definisi kehidupan berikut telah diberikan: “Kehidupan adalah sistem kumpulan organisme hidup yang terbuka dan dapat mengatur dirinya sendiri dan berkembang biak sendiri, dibangun dari polimer biologis yang kompleks - protein dan asam nukleat"(I.I. Mechnikov).
Kemajuan terkini dalam biologi telah menyebabkan munculnya arah baru yang mendasar dalam sains. Mengungkap Struktur Molekul unit struktural hereditas (gen) menjadi dasar terciptanya rekayasa genetika. Dengan menggunakan metodenya, organisme diciptakan dengan kombinasi sifat dan sifat keturunan yang baru, termasuk yang tidak ditemukan di alam. Hal ini membuka kemungkinan untuk membiakkan varietas baru tanaman budidaya dan hewan yang sangat produktif, menciptakan obat-obatan yang efektif, dll.
Satwa liar telah mengatur dirinya sendiri dengan cerdik, sederhana dan bijaksana. Dia memiliki satu molekul DNA yang dapat bereproduksi sendiri di mana program kehidupan ditulis, dan lebih khusus lagi, seluruh proses sintesis, struktur dan fungsi protein sebagai elemen dasar kehidupan. Selain melestarikan program kehidupan, molekul DNA melakukan fungsi penting lainnya - reproduksi diri dan penyalinannya menciptakan kesinambungan antar generasi, kesinambungan benang kehidupan. Begitu kehidupan muncul, ia berkembang biak dalam keanekaragaman yang sangat besar, sehingga menjamin stabilitas, kemampuan beradaptasi terhadap beragam kondisi lingkungan, dan evolusi.
Bioteknologi modern
Biologi modern adalah bidang transformasi bioteknologi yang cepat dan fantastis.
Bioteknologi didasarkan pada penggunaan organisme hidup dan proses biologis dalam produksi industri. Berdasarkan mereka, produksi massal protein buatan, nutrisi dan banyak zat lainnya telah dikuasai, dengan banyak sifat yang lebih unggul daripada produk yang berasal dari alam. Sintesis mikrobiologis enzim, vitamin, asam amino, antibiotik, dll berhasil berkembang. Menggunakan teknologi genetik dan bahan bioorganik alami, zat aktif biologis disintesis - obat hormonal dan senyawa yang merangsang sistem kekebalan tubuh.
Bioteknologi modern memungkinkan untuk mengubah limbah kayu, jerami dan bahan tanaman lainnya menjadi protein bergizi yang berharga. Ini mencakup proses hidrolisis produk antara - selulosa - dan netralisasi glukosa yang dihasilkan dengan memasukkan garam. Larutan glukosa yang dihasilkan merupakan substrat nutrisi bagi mikroorganisme - jamur ragi. Sebagai hasil dari aktivitas vital mikroorganisme, terbentuk bubuk coklat muda - produk makanan berkualitas tinggi yang mengandung sekitar 50% protein mentah dan berbagai vitamin. Media nutrisi Larutan yang mengandung gula seperti sisa molase dan cairan sulfit yang dihasilkan selama produksi selulosa juga dapat digunakan untuk jamur ragi.
Beberapa spesies jamur mengubah minyak, bahan bakar minyak, dan gas alam menjadi biomassa yang dapat dimakan dan kaya akan protein. Dengan demikian, dari 100 ton bahan bakar minyak mentah dapat diperoleh 10 ton biomassa ragi yang mengandung 5 ton protein murni dan 90 ton solar. Jumlah ragi yang sama dihasilkan dari 50 ton kayu kering atau 30 ribu m3 gas alam. Untuk menghasilkan protein sebanyak ini diperlukan 10.000 ekor sapi, dan untuk mendukungnya diperlukan lahan subur yang luas. Produksi industri protein sepenuhnya terotomatisasi, dan kultur ragi tumbuh ribuan kali lebih cepat dibandingkan ternak. Satu ton ragi nutrisi memungkinkan Anda mendapatkan sekitar 800 kg daging babi, 1,5-2,5 ton unggas atau 15-30 ribu telur, dan menghemat hingga 5 ton biji-bijian.
Penerapan prestasi secara praktis biologi modern sudah memungkinkan Anda untuk menerima secara industri sejumlah besar zat aktif biologis.
Bioteknologi tampaknya akan mengambil posisi terdepan dalam beberapa dekade mendatang dan mungkin akan menentukan wajah peradaban di abad ke-21.
Teknologi gen
Genetika adalah bidang biologi modern yang paling penting.
Bioteknologi modern lahir atas dasar rekayasa genetika. Saat ini terdapat banyak sekali perusahaan di dunia yang melakukan bisnis di bidang ini. Mereka membuat segalanya: mulai dari obat-obatan, antibodi, hormon, protein makanan hingga hal-hal teknis - sensor ultra-sensitif (biosensor), chip komputer, diffuser kitin untuk sistem akustik yang baik. Produk rekayasa genetika menguasai dunia; produk ini aman bagi lingkungan.
Pada tahap awal pengembangan teknologi gen, sejumlah senyawa aktif biologis diperoleh - insulin, interferon, dll. Teknologi gen modern menggabungkan kimia asam nukleat dan protein, mikrobiologi, genetika, biokimia dan membuka cara baru untuk menyelesaikan banyak hal. masalah bioteknologi, kedokteran dan pertanian.
Teknologi gen didasarkan pada metode biologi molekuler dan genetika yang terkait dengan konstruksi target kombinasi gen baru yang tidak ada di alam. Operasi utama teknologi gen adalah mengekstraksi dari sel suatu organisme sebuah gen yang mengkode produk atau sekelompok gen yang diinginkan, dan menggabungkannya dengan molekul DNA yang dapat berkembang biak di dalam sel organisme lain.
DNA, yang disimpan dan bekerja di inti sel, tidak hanya mereproduksi dirinya sendiri. DI DALAM saat yang tepat bagian tertentu dari DNA - gen - mereproduksi salinannya dalam bentuk polimer yang serupa secara kimia - RNA, asam ribonukleat, yang pada gilirannya berfungsi sebagai cetakan untuk produksi banyak protein yang diperlukan tubuh. Proteinlah yang menentukan semua karakteristik organisme hidup. Rangkaian peristiwa utama pada tingkat molekuler:
DNA -> RNA -> protein
Baris ini berisi apa yang disebut dogma sentral biologi molekuler.
Teknologi gen mengarah pada pengembangan metode modern untuk menganalisis gen dan genom, dan pada gilirannya, mengarah pada sintesis, yaitu. untuk pembangunan mikroorganisme baru yang dimodifikasi secara genetik. Sampai saat ini, urutan nukleotida dari berbagai mikroorganisme, termasuk strain industri, telah ditetapkan, dan urutan tersebut diperlukan untuk mempelajari prinsip-prinsip organisasi genom dan untuk memahami mekanisme evolusi mikroba. Ahli mikrobiologi industri, pada gilirannya, yakin bahwa pengetahuan tentang urutan nukleotida genom strain industri akan memungkinkan mereka untuk “memprogram” mereka untuk menghasilkan pendapatan yang besar.
Kloning gen eukariotik (nuklir) pada mikroba merupakan metode mendasar yang menyebabkan pesatnya perkembangan mikrobiologi. Fragmen genom hewan dan tumbuhan diklon pada mikroorganisme untuk dianalisis. Untuk tujuan ini, plasmid yang dibuat secara artifisial digunakan sebagai vektor molekuler, pembawa gen, serta banyak formasi molekul lainnya untuk isolasi dan kloning.
Dengan menggunakan tes molekuler (fragmen DNA dengan urutan nukleotida tertentu), kita dapat menentukan, misalnya, apakah darah donor terinfeksi virus AIDS. Dan teknologi genetik untuk mengidentifikasi mikroba tertentu memungkinkan pemantauan penyebarannya, misalnya, di dalam rumah sakit atau selama epidemi.
Teknologi genetik untuk produksi vaksin berkembang dalam dua arah utama. Yang pertama adalah penyempurnaan vaksin yang sudah ada dan pembuatan vaksin gabungan, yaitu. terdiri dari beberapa vaksin. Arah kedua adalah mendapatkan vaksin terhadap penyakit: AIDS, malaria, sakit maag, dll.
Untuk beberapa tahun terakhir Teknologi gen telah meningkatkan efisiensi strain produsen tradisional secara signifikan. Misalnya, pada strain jamur yang menghasilkan antibiotik sefalosporin, jumlah gen yang mengkode expandase, suatu aktivitas yang menentukan laju sintesis sefalosporin, meningkat. Hasilnya, produksi antibiotik meningkat 15-40%.
Pekerjaan yang ditargetkan sedang dilakukan untuk memodifikasi secara genetik sifat-sifat mikroba yang digunakan dalam produksi roti, pembuatan keju, industri susu, pembuatan bir dan pembuatan anggur untuk meningkatkan ketahanan strain produksi, meningkatkan daya saing mereka terhadap bakteri berbahaya dan meningkatkan kualitas produk. produk akhir.
Mikroba hasil rekayasa genetika bermanfaat dalam melawan virus, kuman, dan serangga berbahaya. Misalnya:
- ketahanan tanaman terhadap herbisida yang penting untuk pemberantasan gulma yang menyumbat lahan dan menurunkan hasil tanaman budidaya. Varietas kapas, jagung, lobak, kedelai, bit gula, gandum dan tanaman lain yang tahan herbisida telah diperoleh dan digunakan.
- ketahanan tanaman terhadap serangga hama. Pengembangan protein delta-endotoksin yang dihasilkan oleh strain bakteri Bacillus turingensis yang berbeda. Protein ini beracun bagi banyak spesies serangga dan aman bagi mamalia, termasuk manusia.
- ketahanan tanaman terhadap penyakit virus. Untuk melakukan ini, gen dimasukkan ke dalam genom sel tumbuhan yang menghalangi reproduksi partikel virus pada tumbuhan, misalnya interferon, nuklease. Tanaman tembakau transgenik, tomat dan alfalfa dengan gen beta-interferon telah diperoleh.
Selain gen dalam sel makhluk hidup, terdapat juga gen independen di alam. Disebut virus jika dapat menyebabkan infeksi. Ternyata virus tersebut tidak lebih dari dikemas dalam cangkang protein materi genetik. Cangkangnya adalah alat mekanis murni, seperti jarum suntik, untuk mengemas dan kemudian menyuntikkan gen, dan hanya gen, ke dalam sel inang dan dilepaskan. Kemudian gen virus di dalam sel mulai mereproduksi RNA dan proteinnya sendiri. Semua ini membebani sel, meledak, mati, dan ribuan salinan virus dilepaskan dan menginfeksi sel lain.
Penyakit dan bahkan kematian disebabkan oleh protein virus asing. Jika virusnya “baik”, orang tersebut tidak akan mati, tetapi mungkin akan sakit seumur hidupnya. Contoh klasik– herpes, virus yang ada di tubuh 90% orang. Ini adalah virus yang paling mudah beradaptasi, biasanya menginfeksi seseorang di masa kanak-kanak dan terus-menerus hidup di dalamnya.
Jadi, virus pada dasarnya adalah senjata biologis yang diciptakan oleh evolusi: sebuah jarum suntik yang berisi materi genetik.
Sekarang contoh dari bioteknologi modern, contoh operasi sel germinal hewan tingkat tinggi untuk tujuan mulia. Umat manusia mengalami kesulitan dengan interferon, protein penting yang memiliki aktivitas antikanker dan antivirus. Interferon diproduksi oleh hewan, termasuk manusia. Interferon asing, non-manusia tidak dapat digunakan untuk mengobati manusia; ia ditolak oleh tubuh atau tidak efektif. Seseorang memproduksi terlalu sedikit interferon untuk dilepaskan untuk tujuan farmakologis. Oleh karena itu hal berikut dilakukan. Gen interferon manusia dimasukkan ke dalam bakteri, yang kemudian berkembang biak jumlah besar menghasilkan interferon manusia sesuai dengan gen manusia yang terkandung di dalamnya. Sekarang teknik standar ini digunakan di seluruh dunia. Dengan cara yang sama, dan sudah cukup lama, insulin hasil rekayasa genetika telah diproduksi. Namun pada bakteri, banyak kesulitan yang timbul dalam memurnikan protein yang diinginkan dari kotoran bakteri. Oleh karena itu, mereka mulai meninggalkannya, mengembangkan metode untuk memasukkan gen yang diperlukan ke dalam organisme tingkat tinggi. Memang lebih sulit, namun memberikan manfaat yang sangat besar. Sekarang, khususnya, produksi susu untuk mendapatkan protein yang diperlukan dengan menggunakan babi dan kambing sudah tersebar luas. Prinsipnya di sini, dengan sangat singkat dan sederhana, adalah sebagai berikut. Telur dikeluarkan dari hewan dan gen asing dimasukkan ke dalam peralatan genetiknya, di bawah kendali gen protein susu hewan, yang menentukan produksi protein yang diperlukan: interferon, atau antibodi yang diperlukan manusia, atau protein makanan khusus. Telur tersebut kemudian dibuahi dan dikembalikan ke tubuh. Beberapa keturunannya mulai menghasilkan susu yang mengandung protein penting, dan cukup mudah untuk mengisolasinya dari susu. Ternyata jauh lebih murah, aman dan bersih.
Dengan cara yang sama, sapi dibiakkan untuk menghasilkan susu “manusia” (susu sapi dengan protein yang diperlukan manusia), cocok untuk pemberian makanan buatan pada bayi manusia. Dan ini sekarang menjadi masalah yang cukup serius.
Secara umum, kita dapat mengatakan bahwa secara praktis, umat manusia telah mencapai tahap yang cukup berbahaya. Kita telah belajar mempengaruhi perangkat genetik, termasuk organisme tingkat tinggi. Kami mempelajari cara menargetkan, memengaruhi gen secara selektif, dan menghasilkan apa yang disebut organisme transgenik—organisme yang membawa gen asing. DNA adalah zat yang dapat dimanipulasi. Dalam dua atau tiga dekade terakhir, telah muncul metode yang dapat memotong DNA di tempat yang tepat dan merekatkannya ke bagian DNA lainnya. Selain itu, tidak hanya gen siap pakai tertentu yang dapat dipotong dan ditempel, tetapi juga gen rekombinan - kombinasi gen yang berbeda, termasuk gen yang dibuat secara artifisial. Arah ini disebut rekayasa genetika. Manusia menjadi insinyur genetika. Di tangannya, di tangan makhluk yang tidak begitu sempurna secara intelektual, tak terbatas, kemungkinan-kemungkinan besar muncul - seperti yang dimiliki Tuhan Allah.
Sitologi modern
Metode baru, terutama mikroskop elektron, penggunaan isotop radioaktif, dan sentrifugasi berkecepatan tinggi, memungkinkan pencapaian kemajuan besar dalam studi struktur sel. Dalam mengembangkan konsep terpadu tentang aspek fisikokimia kehidupan, sitologi semakin mendekati disiplin ilmu biologi lainnya. Pada saat yang sama, dia metode klasik, berdasarkan fiksasi, pewarnaan dan studi sel di bawah mikroskop, masih memiliki kepentingan praktis.
Metode sitologi digunakan, khususnya dalam pemuliaan tanaman untuk mengetahui komposisi kromosom sel tumbuhan. Studi semacam itu sangat membantu dalam merencanakan persilangan eksperimental dan mengevaluasi hasil yang diperoleh. Analisis sitologi serupa dilakukan pada sel manusia: memungkinkan kita mengidentifikasi beberapa penyakit keturunan yang terkait dengan perubahan jumlah dan bentuk kromosom. Analisis serupa yang dikombinasikan dengan tes biokimia digunakan, misalnya, pada amniosentesis untuk mendiagnosis cacat bawaan pada janin.
Namun, penerapan metode sitologi yang paling penting dalam pengobatan adalah diagnosis neoplasma ganas. Perubahan spesifik terjadi pada sel kanker, terutama pada intinya. Formasi ganas tidak lebih dari penyimpangan dalam proses perkembangan normal karena sistem yang mengendalikan perkembangan, terutama sistem genetik, menjadi tidak terkendali. Sitologi adalah metode diagnostik skrining yang cukup sederhana dan sangat informatif. berbagai manifestasi virus papiloma. Penelitian ini dilakukan pada pria dan wanita.
Kloning
Kloning adalah sebuah proses di mana makhluk hidup dihasilkan dari satu sel yang diambil dari makhluk hidup lain.
Kloning secara umum didefinisikan sebagai produksi sel atau organisme dengan genom inti yang sama dengan sel atau organisme lain. Oleh karena itu, dengan mengkloning dimungkinkan untuk menciptakan organisme hidup atau bagian darinya, yang identik dengan organisme yang sudah ada atau, dsb.
