Biologija praktinėje žmonių veikloje. Biologijos vaidmuo žmogaus gyvenime ir praktinėje veikloje

Yra daug būdų, kaip žmogus gali panaudoti žinias biologijoje, pavyzdžiui, keli (pereikime nuo didžiausių iki mažiausių):

· Žinios aplinkosaugos įstatymus leidžia reguliuoti žmogaus veiklą neperžengiant ekosistemos, kurioje jis gyvena ir dirba, išsaugojimo ribose (racionalus aplinkos valdymas);

· Botanika ir genetika leidžia padidinti produktyvumą, kovoti su kenkėjais ir sukurti naujas, reikalingas ir naudingas veisles;

· Genetikašiuo metu yra taip glaudžiai susipynęs su vaistas kad daugelis ligų, kurios anksčiau buvo laikomos nepagydomomis, yra tiriamos ir užkertamas kelias jau embrioninėje žmogaus vystymosi stadijoje;

· Mikrobiologijos pagalba mokslininkai visame pasaulyje kuria serumus ir vakcinas nuo virusų bei įvairiausių antibakterinių vaistų.

Skirtumai tarp gyvų ir negyvų struktūrų. Gyvų daiktų savybės

Biologija – mokslas, tiriantis gyvų sistemų savybes. Tačiau apibrėžti, kas yra gyvoji sistema, gana sunku. Riba tarp gyvo ir negyvojo nėra taip lengva nubrėžti, kaip atrodo. Pabandykite atsakyti į klausimus: ar virusai gyvi, kai ilsisi už šeimininko kūno ir nevyksta medžiagų apykaitos? Ar dirbtiniai objektai ir mašinos gali parodyti gyvų dalykų savybes? O kaip su kompiuterinėmis programomis? Arba kalbos?

Norėdami atsakyti į šiuos klausimus, galime pabandyti išskirti minimalų gyvosioms sistemoms būdingų savybių rinkinį. Štai kodėl mokslininkai nustatė keletą kriterijų, pagal kuriuos organizmas gali būti klasifikuojamas kaip gyvas.

Svarbiausias iš būdingos gyvų būtybių savybės (kriterijai). yra šie:

1. Medžiagų ir energijos mainai su aplinka. Fizikos požiūriu visos gyvos sistemos yra atviras, tai yra, jie nuolat keičiasi tiek medžiaga, tiek energija su aplinka, skirtingai nei uždaryta visiškai izoliuotas nuo išorinio pasaulio, ir pusiau uždara, keičiasi tik energija, bet ne materija. Vėliau pamatysime, kad šie mainai yra būtina gyvybės egzistavimo sąlyga.

2. Gyvosios sistemos yra pajėgios kaupti iš aplinkos gaunamas medžiagas ir dėl to augimas.

3. Šiuolaikinė biologija pagrindine gyvų būtybių savybe laiko gebėjimą kurti identiškus (arba beveik identiškus) savęs dauginimasis, tai yra dauginimasis išlaikant daugumą pirminio organizmo savybių.

4. Identiškas savęs atkūrimas yra neatsiejamai susijęs su sąvoka paveldimumas, tai yra savybių ir savybių perdavimas palikuonims.

5. Tačiau paveldimumas nėra absoliutus – jei visi dukteriniai organizmai tiksliai kopijuotų savo tėvus, tada jokia evoliucija nebūtų įmanoma, nes gyvi organizmai niekada nepasikeistų. Tai lemtų tai, kad staiga pasikeitus sąlygoms jie visi mirs. Tačiau gyvenimas yra nepaprastai lankstus, o organizmai prisitaiko prie įvairiausių sąlygų. Tai įmanoma dėka kintamumas– tai, kad organizmų savaiminis dauginimasis nėra visiškai identiškas, atsiranda klaidų ir variacijų, kurios gali būti atrankos medžiaga. Yra tam tikra pusiausvyra tarp paveldimumo ir kintamumo.

6. Kintamumas gali būti paveldimas ir nepaveldimas. Paveldimas kintamumas, tai yra naujų savybių, paveldimų ir fiksuotų per kelias kartas, atsiradimas yra medžiaga natūrali atranka. Natūrali atranka galima tarp bet kokių besidauginančių objektų, nebūtinai gyvų, jeigu tarp jų vyksta konkurencija dėl ribotų išteklių. Tie objektai, kurie dėl kintamumo įgavo nepalankias savybes tam tikroje aplinkoje, bus atmetami, todėl vis dažniau naujuose objektuose atsiras charakteristikos, suteikiančios konkurencinį pranašumą kovoje. Tai natūrali atranka – kūrybinis evoliucijos veiksnys, kurio dėka atsirado visa gyvų organizmų įvairovė Žemėje.

7. Gyvi organizmai aktyviai reaguoja į išorinius signalus, demonstruoja savybę dirglumas.

8. Dėl savo gebėjimo reaguoti į išorinių sąlygų pokyčius gyvi organizmai sugeba prisitaikymas- prisitaikymas prie naujų sąlygų. Ši savybė ypač leidžia organizmams išgyventi įvairias nelaimes ir išplisti į naujas teritorijas.

9. Adaptaciją atlieka savireguliacija, tai yra gebėjimas išlaikyti tam tikrų fizinių ir cheminių parametrų pastovumą gyvame organizme, taip pat ir kintančiomis aplinkos sąlygomis. Pavyzdžiui, žmogaus organizmas palaiko pastovią temperatūrą, gliukozės ir daugelio kitų medžiagų koncentraciją kraujyje.

10. Svarbi žemiškojo gyvenimo savybė yra diskretiškumas, tai yra nenuoseklumas: jį vaizduoja atskiri individai, individai sujungiami į populiacijas, populiacijos į rūšis ir pan., tai yra, visuose gyvų būtybių organizavimo lygiuose yra atskiri vienetai. Stanislovo Lemo mokslinės fantastikos romane „Solaris“ aprašomas didžiulis gyvas vandenynas, apimantis visą planetą. Tačiau Žemėje tokių gyvybės formų nėra.

Cheminė gyvų būtybių sudėtis

Gyvi organizmai susideda iš daugybės cheminių medžiagų, organinių ir neorganinių, polimerinių ir mažos molekulinės masės. Daug aplinkoje esančių cheminių elementų randama gyvose sistemose, tačiau tik apie 20 iš jų yra būtini gyvybei. Šie elementai vadinami biogeninis.

Evoliucijos procese nuo neorganinių iki bioorganinių medžiagų tam tikrų cheminių elementų panaudojimo biologinių sistemų kūrime pagrindas yra natūrali atranka. Dėl šios atrankos visų gyvų sistemų pagrindą sudaro tik šeši elementai: anglis, vandenilis, deguonis, azotas, fosforas, siera, vadinami organogenais. Jų kiekis organizme siekia 97,4%.

Organogenai yra pagrindiniai cheminiai elementai, sudarantys organines medžiagas: anglis, vandenilis, deguonis ir azotas.

Chemijos požiūriu natūralią organogeninių elementų atranką galima paaiškinti jų gebėjimu sudaryti cheminius ryšius: viena vertus, gana stiprūs, tai yra, imlūs energijai, ir, kita vertus, gana labilūs, kurie galėtų lengvai pasiduoda hemolizei, heterolizei ir cikliniam persiskirstymui.

Neabejotinai svarbiausias organogenas yra anglis. Jo atomai sudaro stiprius kovalentinius ryšius tarpusavyje arba su kitų elementų atomais. Šios jungtys gali būti vienkartinės arba daugybinės šių 3 jungčių dėka, anglis gali sudaryti konjuguotas arba kumuliuotas sistemas atvirų arba uždarų grandinių ir ciklų pavidalu.

Skirtingai nuo anglies, organogeniniai elementai vandenilis ir deguonis nesudaro labilių ryšių, tačiau jų buvimas organinėje, įskaitant bioorganinę, molekulėje lemia jos gebėjimą sąveikauti su biotirpikliu – vandeniu. Be to, vandenilis ir deguonis yra gyvų sistemų redoksinių savybių nešėjai, jie užtikrina redokso procesų vienovę.

Likę trys organogenai – azotas, fosforas ir siera, taip pat kai kurie kiti elementai – geležis, magnis, kurie sudaro aktyvius fermentų centrus, kaip ir anglis, gali sudaryti labilius ryšius. Kita teigiama organogenų savybė yra ta, kad jie, kaip taisyklė, sudaro junginius, kurie lengvai tirpsta vandenyje ir todėl koncentruojasi organizme.

Yra keletas cheminių elementų, esančių žmogaus kūne, klasifikacijų. Taigi, V. I. Vernadskis, atsižvelgdamas į vidutinį kiekį gyvuose organizmuose, suskirstė elementus į tris grupes:

1. Makroelementai. Tai yra elementai, kurių kiekis organizme yra didesnis nei 10–2%. Tai anglis, vandenilis, deguonis, azotas, fosforas, siera, kalcis, magnis, natris ir chloras, kalis ir geležis. Tai yra vadinamieji universalūs biogeniniai elementai, esantys visų organizmų ląstelėse.

2. Mikroelementai. Tai elementai, kurių kiekis organizme svyruoja nuo 10–2 iki 10–¹²%. Tai yra jodas, varis, arsenas, fluoras, bromas, stroncis, baris ir kobaltas. Nors šių elementų organizmuose yra itin mažomis koncentracijomis (ne didesnėmis kaip tūkstantoji procento dalis), jie taip pat būtini normaliam gyvenimui. Tai yra biogeniniai mikroelementai. Jų funkcijos ir vaidmenys labai įvairūs. Daugelis mikroelementų yra daugelio fermentų, vitaminų, kvėpavimo pigmentų dalis, kai kurie turi įtakos augimui, vystymosi greičiui, dauginimuisi ir kt.

3. Ultramikroelementai. Tai yra elementai, kurių kiekis organizme yra mažesnis nei 10–¹²%. Tai gyvsidabris, auksas, uranas, radis ir kt.

V. V. Kovalskis, remdamasis cheminių elementų svarba žmogaus gyvenimui, suskirstė juos į tris grupes:

1. Nepakeičiami elementai. Jie nuolat yra žmogaus organizme ir yra jo neorganinių ir organinių junginių dalis. Tai H, O, Ca, N, K, P, Na, S, Mg, Cl, C, I, Mn, Cu, Co, Zn, Fe, Mo, V. Šių elementų trūkumas sukelia normalios organizmo veiklos sutrikimas.

2. Priemaišų elementai. Šių elementų žmogaus organizme yra nuolat, tačiau jų biologinis vaidmuo dar ne visada buvo išaiškintas arba menkai ištirtas. Tai 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. Mikropriemaišų elementai. Jų yra žmogaus organizme, tačiau informacijos apie jų kiekybinį turinį ar biologinį vaidmenį nėra. Tai Sc, Tl, In, La, Sm, Pr, W, Re, Tb ir kt. Ląstelių ir organizmų statybai ir funkcionavimui reikalingi cheminiai elementai vadinami biogeniniais.

Tarp neorganinių medžiagų ir komponentų pagrindinę vietą užima - vandens.

Norint išlaikyti jonų stiprumą ir pH aplinką, kurioje vyksta gyvybiniai procesai, būtinos tam tikros neorganinių jonų koncentracijos. Norint išlaikyti tam tikrą joninį stiprumą ir buferinės terpės ryšį, būtinas viengubo krūvio jonų dalyvavimas: amonio (NH4+); natrio (Na+); kalio (K+). Katijonai yra nepakeičiami, yra specialūs mechanizmai, kurie palaiko būtiną jų pusiausvyrą.

Neorganiniai junginiai:

Amonio druskos;

Karbonatai;

Sulfatai;

Fosfatai.

Nemetalai:

1. Chloras (bazinis). Anijonų pavidalu jis dalyvauja kuriant druskos aplinką, kartais yra kai kurių organinių medžiagų dalis.

2. Jodas ir jo junginiai dalyvauja kai kuriuose organinių junginių (gyvų organizmų) gyvybiniuose procesuose. Jodas yra skydliaukės hormonų (tiroksino) dalis.

3. Seleno dariniai. Selenocesteinas yra kai kurių fermentų dalis.

4. Silicis – yra kremzlės ir raiščių dalis, ortosilicio rūgšties esterių pavidalu, dalyvauja susiuvant polisacharidines grandines.

Daugelis junginių gyvuose organizmuose yra kompleksai: hemas yra geležies kompleksas su plokščia parafino molekule; kobolaminas

Magnis ir kalcis yra pagrindiniai metalai, neskaitant geležies, yra visur biologinėse sistemose. Magnio jonų koncentracija yra svarbi ribosomų vientisumui ir funkcionavimui palaikyti, tai yra baltymų sintezei.

Magnis taip pat yra chlorofilo dalis. Kalcio jonai dalyvauja ląstelių procesuose, įskaitant raumenų susitraukimus. Neištirpusios druskos – dalyvauja formuojant atramines struktūras:

Kalcio fosfatas (kauluose);

Karbonatas (moliuskų lukštuose).

4-ojo laikotarpio metalų jonai yra daugelio gyvybiškai svarbių junginių dalis - fermentai. Kai kuriuose baltymuose geležies yra geležies ir sieros sankaupų pavidalu. Cinko jonai randami daugelyje fermentų. Manganas yra nedaugelio fermentų dalis, tačiau atlieka svarbų vaidmenį biosferoje, fotocheminio vandens redukcijos metu, užtikrina deguonies išsiskyrimą į atmosferą ir elektronų tiekimą į transportavimo grandinę fotosintezės metu.

Kobaltas yra fermentų dalis kobalaminų (vitamino B 12) pavidalu.

Molibdenas yra esminis fermento nitrodinazės komponentas (kuris katalizuoja atmosferos azoto redukciją į amoniaką azotą fiksuojančiose bakterijose).

Didelis skaičius organinės medžiagos gyvų organizmų dalis: acto rūgštis; acetaldehidas; etanolis (yra biocheminių virsmų produktai ir substratai).

Pagrindinės mažos molekulinės masės gyvų organizmų junginių grupės:

Amino rūgštys yra baltymų sudedamosios dalys

Nukleamidai yra nukleorūgščių dalis

Mono ir oligosacharidai yra struktūrinių audinių komponentai

Lipidai yra ląstelių sienelių sudedamosios dalys.

Be ankstesnių, yra:

Fermentų kofaktoriai yra esminiai daugelio fermentų komponentai ir katalizuoja redokso reakcijas.

Kofermentai yra organiniai junginiai, veikiantys tam tikrose fermentų reakcijos sistemose. Pavyzdžiui: nikotinoamidodanino dinukleatidas (NAD+). Oksiduota forma yra alkoholio grupių oksidatorius į karbonilo grupes, tokiu būdu sudarydamas reduktorius.

Fermentų kofaktoriai yra sudėtingos organinės molekulės, susintetintos iš sudėtingų pirmtakų, kurios turi būti pagrindinės maisto sudedamosios dalys.

Aukštesniems gyvūnams būdingas nervų ir endokrininę sistemą valdančių medžiagų – hormonų ir neurotransmiterių – susidarymas ir funkcionavimas. Pavyzdžiui, antinksčių hormonas stresinės situacijos metu sukelia oksidacinį glikogeno perdirbimą.

Daugelis augalų sintetina kompleksinius aminus, turinčius stiprų biologinį poveikį – alkaloidus.

Terpenai yra augalinės kilmės junginiai, eterinių aliejų ir dervų komponentai.

Antibiotikai yra mikrobiologinės kilmės medžiagos, kurias išskiria specialūs mikroorganizmų tipai, slopinantys kitų konkuruojančių mikroorganizmų augimą. Jų veikimo mechanizmas yra įvairus, pavyzdžiui, sulėtina baltymų augimą bakterijose.

MKOUNovokaykent vidurinė mokykla

Su. Novokajakentas

Kajakento rajonas Dagestano Respublika

OGE. Užduotis 1. „Biologijos vaidmuo formuojant šiuolaikinį gamtamokslinį pasaulio vaizdą, praktinėje žmonių veikloje »

(9 klasės mokiniams)

MKOU „Novokajakent vidurinė mokykla“

Umalatova Ravganiyat Biybulatovna

Novokayakent kaimas

Aiškinamasis raštas

Ši medžiaga yra OGE. Klausimai 1. „Biologijos vaidmuo formuojant šiuolaikinį gamtamokslinį pasaulio vaizdą, praktinėje žmonių veikloje“ rekomenduojamas 9 klasės mokiniams. Medžiagoje pateikiami klausimai su vienu teisingu atsakymu. Ši medžiaga gali būti naudojama ruošiantis OGE. Darbą sudaro 12 klausimų.

Užduotys: patikrinkite mokinių žinias ir gebėjimą teisingai parinkti vieną teisingą atsakymą į klausimą.

Įranga: dalomoji medžiaga su testais.

OGE. 1 klausimai.„Biologijos vaidmuo formuojant šiuolaikinį gamtamokslinį pasaulio paveikslą, praktinėje žmonių veikloje »

1.Mokslas tiria organizmų paveldimumo ir kintamumo dėsningumus

1) genetika

2) taksonomija

3) antropologija

4) biochemija

3.Koks mokslas tiria žmogaus sveikatą ir būdus ją išsaugoti?

1) valeologija

2) higiena

3) medicina

4) fiziologija

5. Kuris iš šių mokslininkų laikomas genetikos mokslo pradininku?

1) I.I. Mechnikovas

2) L. Pasteras

3) G. Mendelis

4) C. Darvinas

7. Pagrindinis augalo ląstelės tyrimo būdas yra

1) stebėjimas

2) mikroskopija

3) užšaldymas – skaldymas

4) dažymas

9. Atrastas baltymų biosintezės organizme mechanizmas

1) anatomai

2) fiziologai

3) biochemikai

4) ekologai

11. Iškelti hipotezę reiškia

1) patvirtinti gautų duomenų mokslinį pobūdį

2) atlikti eksperimentą

3) spėti

4) apibendrinti kintančius faktus

Informacijos šaltiniai:

1.Biologija. Bendrieji modeliai. 9 klasė S.G. Mamontovas, V.B. Zacharovas, N.I. Soninas. -M.: Bustard, 2002, 288 p.

2. Biologijos vieningas valstybinis egzaminas. Skyrius „Augalai, grybai, kerpės“. Teorija, mokymo užduotys: edukacinis vadovas / A.A. Kirilenko-

Rostovas n/a: Legionas, 2015 - 320 p.

3. OGE 2017. Biologija: teminės mokymo užduotys: 9 kl./

G.I. Lerner.- Maskva: Eksmo, 2016.- 272 p.

4. OGE. Biologija: standartiniai egzamino variantai: O -30 variantų / red. V.S. Rokhlova.-M.: Leidykla „Tautinis ugdymas“, 2017.- 400 p.

Biologija kaip mokslas

Biologija(iš graikų kalbos bios- gyvenimas, logotipas- žodis, mokslas) yra mokslų apie gyvąją gamtą kompleksas.

Biologijos tema – visos gyvybės apraiškos: gyvų būtybių sandara ir funkcijos, jų įvairovė, kilmė ir raida, taip pat sąveika su aplinka. Pagrindinis biologijos, kaip mokslo, uždavinys – visus gyvosios gamtos reiškinius aiškinti moksliniu pagrindu, atsižvelgiant į tai, kad visas organizmas turi savybių, kurios iš esmės skiriasi nuo jo komponentų.

Terminas „biologija“ randamas vokiečių anatomų T. Roose'o (1779 m.) ir K. F. Burdacho (1800 m.) darbuose, tačiau tik 1802 m. jį pirmą kartą savarankiškai pavartojo J. B. Lamarckas ir G. R. Treviranas, norėdami pažymėti mokslą, tiriantį gyvus organizmus. .

Biologijos mokslai

Šiuo metu biologija apima daugybę mokslų, kuriuos galima susisteminti pagal šiuos kriterijus: pagal dalykinius ir vyraujančius tyrimo metodus bei pagal tiriamos gyvosios gamtos organizuotumo lygį. Pagal studijų dalyką biologijos mokslai skirstomi į bakteriologiją, botaniką, virusologiją, zoologiją ir mikologiją.

Botanika yra biologijos mokslas, visapusiškai tyrinėjantis augalus ir Žemės augalijos dangą. Zoologija– biologijos šaka, mokslas apie gyvūnų įvairovę, sandarą, gyvybinę veiklą, pasiskirstymą ir santykį su aplinka, kilmę ir vystymąsi. Bakteriologija- biologijos mokslas, tiriantis bakterijų struktūrą ir veiklą, taip pat jų vaidmenį gamtoje. Virusologija– biologijos mokslas, tiriantis virusus. Pagrindinis mikologijos objektas – grybai, jų sandara ir gyvenimo ypatumai. Lichenologija- biologijos mokslas, tiriantis kerpes. Bakteriologija, virusologija ir kai kurie mikologijos aspektai dažnai laikomi mikrobiologijos dalimi – biologijos šaka, mokslo apie mikroorganizmus (bakterijas, virusus ir mikroskopinius grybus) dalimi. Sistematika arba taksonomija, yra biologijos mokslas, apibūdinantis ir suskirstantis į grupes visas gyvas ir išnykusias būtybes.

Savo ruožtu kiekvienas iš išvardytų biologijos mokslų skirstomas į biochemiją, morfologiją, anatomiją, fiziologiją, embriologiją, genetiką ir sistematiką (augalai, gyvūnai ar mikroorganizmai). Biochemija yra mokslas apie gyvų medžiagų cheminę sudėtį, gyvuose organizmuose vykstančius cheminius procesus ir jų gyvybinę veiklą. Morfologija- biologijos mokslas, tiriantis organizmų formą ir struktūrą, taip pat jų vystymosi modelius. Plačiąja prasme tai apima citologiją, anatomiją, histologiją ir embriologiją. Atskirkite gyvūnų ir augalų morfologiją. Anatomija yra biologijos (tiksliau morfologijos) šaka, mokslas, tiriantis atskirų organų, sistemų ir viso organizmo vidinę sandarą ir formą. Augalų anatomija laikoma botanikos dalimi, gyvūnų anatomija laikoma zoologijos dalimi, o žmogaus anatomija yra atskiras mokslas. fiziologija– biologijos mokslas, tiriantis augalų ir gyvūnų organizmų, jų atskirų sistemų, organų, audinių ir ląstelių gyvenimo procesus. Yra augalų, gyvūnų ir žmonių fiziologija. Embriologija (vystymosi biologija)- biologijos šaka, mokslas apie individualų organizmo vystymąsi, įskaitant embriono vystymąsi.

Objektas genetika yra paveldimumo ir kintamumo dėsniai. Šiuo metu tai vienas dinamiškiausiai besivystančių biologijos mokslų.

Pagal tiriamą gyvosios gamtos organizavimo lygį išskiriama molekulinė biologija, citologija, histologija, organologija, organizmų biologija ir superorganizmo sistemos. Molekulinė biologija yra viena iš jauniausių biologijos šakų, mokslas, nagrinėjantis visų pirma paveldimos informacijos organizavimą ir baltymų biosintezę. Citologija arba ląstelių biologija, yra biologijos mokslas, kurio tyrimo objektas yra tiek vienaląsčių, tiek daugialąsčių organizmų ląstelės. Histologija- biologijos mokslas, morfologijos šaka, kurios objektas yra augalų ir gyvūnų audinių sandara. Organologijos sritis apima įvairių organų ir jų sistemų morfologiją, anatomiją ir fiziologiją.

Organizmų biologija apima visus mokslus, kurie nagrinėja gyvus organizmus, pvz. etologija- mokslas apie organizmų elgesį.

Supraorganizmo sistemų biologija skirstoma į biogeografiją ir ekologiją. Tyrinėja gyvų organizmų pasiskirstymą biogeografija, tuo tarpu ekologija- viršorganinių sistemų organizavimas ir funkcionavimas įvairiais lygiais: populiacijos, biocenozės (bendrijos), biogeocenozės (ekosistemos) ir biosfera.

Pagal vyraujančius tyrimo metodus galima išskirti aprašomąją (pvz., morfologija), eksperimentinę (pvz., fiziologija) ir teorinę biologiją.

Nustatyti ir paaiškinti gyvosios gamtos struktūros, funkcionavimo ir vystymosi modelius įvairiuose jos organizavimo lygmenyse yra užduotis. bendroji biologija. Tai apima biochemiją, molekulinę biologiją, citologiją, embriologiją, genetiką, ekologiją, evoliucijos studijas ir antropologiją. Evoliucinė doktrina tiria gyvų organizmų evoliucijos priežastis, varomąsias jėgas, mechanizmus ir bendruosius modelius. Vienas iš jos skyrių yra paleontologija- mokslas, kurio objektas yra gyvų organizmų iškastinės liekanos. Antropologija- bendrosios biologijos skyrius, mokslas apie žmogaus, kaip biologinės rūšies, kilmę ir vystymąsi, taip pat šiuolaikinių žmonių populiacijų įvairovę ir jų sąveikos modelius.

Taikomieji biologijos aspektai įtraukti į biotechnologijų, veislininkystės ir kitų sparčiai besivystančių mokslų sritį. Biotechnologija yra biologijos mokslas, tiriantis gyvų organizmų naudojimą ir biologinius procesus gamyboje. Jis plačiai naudojamas maisto (kepimo, sūrio, alaus ir kt.) ir farmacijos pramonėje (antibiotikų, vitaminų gamyboje), vandens valymui ir kt. Pasirinkimas- naminių gyvūnų veislių, kultūrinių augalų veislių ir mikroorganizmų padermių, turinčių žmogui būtinų savybių, kūrimo metodų mokslas. Atranka taip pat suprantama kaip gyvų organizmų keitimo procesas, kurį žmonės atlieka savo poreikiams tenkinti.

Biologijos pažanga glaudžiai susijusi su kitų gamtos ir tiksliųjų mokslų, tokių kaip fizika, chemija, matematika, informatika ir kt., sėkme. Pavyzdžiui, mikroskopija, ultragarsas (ultragarsas), tomografija ir kiti biologijos metodai yra pagrįsti fizikiniais metodais. dėsniai, o biologinių molekulių sandaros ir gyvose sistemose vykstančių procesų tyrimas būtų neįmanomas be cheminių ir fizikinių metodų. Matematinių metodų naudojimas leidžia, viena vertus, nustatyti natūralaus ryšio tarp objektų ar reiškinių buvimą, patvirtinti gautų rezultatų patikimumą, kita vertus, modeliuoti reiškinį ar procesą. Pastaruoju metu biologijoje vis svarbesni tampa kompiuteriniai metodai, tokie kaip modeliavimas. Biologijos ir kitų mokslų sankirtoje atsirado nemažai naujų mokslų, tokių kaip biofizika, biochemija, bionika ir kt.

Biologijos pasiekimai

Svarbiausi įvykiai biologijos srityje, turėję įtakos visai jos tolesnės raidos eigai, yra: DNR molekulinės struktūros nustatymas ir jos vaidmuo perduodant informaciją gyvoje medžiagoje (F. Crick, J. Watson, M. Wilkinsas); genetinio kodo iššifravimas (R. Holley, H. G. Korana, M. Nirenbergas); genų struktūros atradimas ir baltymų sintezės genetinis reguliavimas (A. M. Lvovas, F. Jacobas, J. L. Monodas ir kt.); ląstelių teorijos formulavimas (M. Schleiden, T. Schwann, R. Virchow, K. Baer); paveldimumo ir kintamumo modelių tyrimas (G. Mendel, H. de Vries, T. Morgan ir kt.); šiuolaikinės sistematikos (C. Linnaeus), evoliucijos teorijos (C. Darwin) ir biosferos doktrinos (V. I. Vernadskis) principų formulavimas.

Pastarųjų dešimtmečių atradimų reikšmė dar neįvertinta, tačiau reikšmingiausiais pasiekimais biologijoje pripažinti: žmogaus ir kitų organizmų genomo iššifravimas, genetinės informacijos srauto valdymo ląstelėje ir besivystančiame organizme mechanizmų nustatymas. , ląstelių dalijimosi ir žūties reguliavimo mechanizmai, žinduolių klonavimas, taip pat patogenų „karvių proto liga“ (prionų) atradimas.

Darbas su Žmogaus genomo programa, kuris vienu metu buvo vykdomas keliose šalyse ir buvo baigtas šio amžiaus pradžioje, leido suprasti, kad žmogus turi apie 25–30 tūkstančių genų, tačiau informacija iš didžiosios dalies mūsų DNR niekada neskaitoma. , nes jame yra daugybė regionų ir genų, koduojančių požymius, kurie prarado reikšmę žmonėms (uodega, kūno plaukai ir kt.). Be to, buvo iššifruoti keli genai, atsakingi už paveldimų ligų vystymąsi, taip pat genai, skirti tiksliniams vaistams. Tačiau praktinis šios programos įgyvendinimo metu gautų rezultatų pritaikymas atidedamas, kol bus iššifruoti nemažos dalies žmonių genomai, o tada paaiškės, kokie jų skirtumai. Šie tikslai buvo nustatyti daugeliui pirmaujančių laboratorijų visame pasaulyje, dirbančioms su ENCODE programos įgyvendinimu.

Biologiniai tyrimai yra medicinos, farmacijos pagrindas, plačiai naudojami žemės ūkyje ir miškininkystėje, maisto pramonėje ir kitose žmogaus veiklos srityse.

Gerai žinoma, kad tik šeštojo dešimtmečio „žalioji revoliucija“ leido bent iš dalies išspręsti sparčiai augančių Žemės gyventojų aprūpinimo maistu ir gyvulių aprūpinimo pašara problemą diegiant naujas augalų veisles ir pažangias technologijas. jų auginimui. Dėl to, kad genetiškai užprogramuotos žemės ūkio augalų savybės jau beveik išnaudotos, tolesnis maisto problemos sprendimas siejamas su plačiai paplitusiu genetiškai modifikuotų organizmų įvedimu į gamybą.

Daugelio maisto produktų, tokių kaip sūriai, jogurtai, dešrelės, kepiniai ir kt., gamyba taip pat neįmanoma be bakterijų ir grybų naudojimo, o tai yra biotechnologijų objektas.

Žinios apie patogenų prigimtį, daugelio ligų procesus, imuniteto mechanizmus, paveldimumo ir kintamumo dėsningumus leido žymiai sumažinti mirtingumą ir net visiškai išnaikinti daugybę ligų, pavyzdžiui, raupus. Pasitelkus naujausius biologijos mokslo pasiekimus, sprendžiama ir žmogaus reprodukcijos problema.

Didelė dalis šiuolaikinių vaistų gaminama iš natūralių žaliavų, o dėl genų inžinerijos sėkmės, pavyzdžiui, insulinas, būtinas diabetu sergantiems pacientams, daugiausia sintetinamas bakterijų, kurioms buvo perkeltas atitinkamas genas.

Biologiniai tyrimai ne mažiau svarbūs siekiant išsaugoti aplinką ir gyvų organizmų įvairovę, kurių išnykimo grėsmė verčia suabejoti žmonijos egzistavimu.

Svarbiausias iš biologijos pasiekimų yra tai, kad jie netgi sudaro neuroninių tinklų ir genetinio kodo kūrimo pagrindą kompiuterinėse technologijose, taip pat plačiai naudojami architektūroje ir kitose pramonės šakose. Be jokios abejonės, XXI amžius yra biologijos amžius.

Gyvosios gamtos pažinimo metodai

Kaip ir bet kuris kitas mokslas, biologija turi savo metodų arsenalą. Be kitose srityse taikomo mokslinio pažinimo metodo, biologijoje plačiai taikomi tokie metodai kaip istorinis, lyginamasis-aprašomasis ir kt.

Mokslinis pažinimo metodas apima stebėjimą, hipotezių formulavimą, eksperimentą, modeliavimą, rezultatų analizę ir bendrųjų dėsningumų išvedimą.

Stebėjimas- tai tikslingas objektų ir reiškinių suvokimas pojūčiais ar instrumentais, nulemtas veiklos uždavinio. Pagrindinė mokslinio stebėjimo sąlyga yra jo objektyvumas, tai yra galimybė patikrinti duomenis, gautus atliekant pakartotinį stebėjimą arba naudojant kitus tyrimo metodus, pavyzdžiui, eksperimentą. Stebėjimo metu gauti faktai vadinami duomenis. Jie gali būti kaip kokybės(apibūdinant kvapą, skonį, spalvą, formą ir kt.), ir kiekybinis, o kiekybiniai duomenys yra tikslesni nei kokybiniai.

Remiantis stebėjimų duomenimis, suformuluojama hipotezė- numanomas sprendimas apie natūralų reiškinių ryšį. Hipotezė patikrinama atliekant daugybę eksperimentų. Eksperimentas vadinamas moksliškai atliktas eksperimentas, tiriamo reiškinio stebėjimas kontroliuojamomis sąlygomis, leidžiantis identifikuoti tam tikro objekto ar reiškinio savybes. Aukščiausia eksperimento forma yra modeliavimas- bet kokių reiškinių, procesų ar objektų sistemų tyrimas konstruojant ir tiriant jų modelius. Iš esmės tai yra viena iš pagrindinių žinių teorijos kategorijų: bet koks mokslinio tyrimo metodas, tiek teorinis, tiek eksperimentinis, yra pagrįstas modeliavimo idėja.

Eksperimentiniai ir modeliavimo rezultatai yra kruopščiai analizuojami. Analizė vadinamas mokslinio tyrimo metodu, suskaidant objektą į jo sudedamąsias dalis arba psichiškai išskaidant objektą per loginę abstrakciją. Analizė yra neatsiejamai susijusi su sinteze. Sintezė yra metodas, tiriantis dalyką jo vientisumu, jo dalių vienybe ir tarpusavio ryšiu. Analizės ir sintezės rezultatas – sėkmingiausia tyrimo hipotezė darbo hipotezė, o jei atlaikys bandymus ją paneigti ir vis tiek sėkmingai nuspėja anksčiau nepaaiškintus faktus bei santykius, tai gali tapti teorija.

Pagal teorija suprasti mokslo žinių formą, kuri suteikia holistinį vaizdą apie tikrovės modelius ir esminius ryšius. Bendra mokslinių tyrimų kryptis – siekti aukštesnio nuspėjamumo lygio. Jei jokie faktai negali pakeisti teorijos, o nukrypimai nuo jos yra reguliarūs ir nuspėjami, tada ji gali būti pakelta į įstatymas- būtinas, esminis, stabilus, pasikartojantis ryšys tarp gamtos reiškinių.

Didėjant žinių kiekiui ir tobulėjant tyrimo metodams, hipotezės ir tvirtai nusistovėjusios teorijos gali būti ginčijamos, modifikuojamos ir netgi atmestos, nes pačios mokslo žinios yra dinamiškos ir nuolat kritiškai interpretuojamos.

Istorinis metodas atskleidžia organizmų atsiradimo ir vystymosi dėsningumus, jų sandaros ir funkcijos formavimąsi. Daugeliu atvejų, naudojant šį metodą, hipotezės ir teorijos, kurios anksčiau buvo laikomos klaidingomis, įgyja naują gyvenimą. Pavyzdžiui, tai atsitiko su Charleso Darwino prielaidomis apie signalo perdavimo pobūdį gamykloje, reaguojant į aplinkos poveikį.

Lyginamasis-aprašomasis metodas numato anatominę ir morfologinę tyrimo objektų analizę. Tai yra organizmų klasifikavimo pagrindas, nustatant įvairių gyvybės formų atsiradimo ir vystymosi modelius.

Stebėjimas yra priemonių sistema, skirta stebėti, įvertinti ir prognozuoti tiriamo objekto, ypač biosferos, būklės pokyčius.

Atliekant stebėjimus ir eksperimentus dažnai reikia naudoti specialią įrangą, pavyzdžiui, mikroskopus, centrifugas, spektrofotometrus ir kt.

Mikroskopija plačiai naudojama zoologijos, botanikos, žmogaus anatomijos, histologijos, citologijos, genetikos, embriologijos, paleontologijos, ekologijos ir kitose biologijos srityse. Tai leidžia ištirti smulkią objektų struktūrą naudojant šviesos, elektronų, rentgeno ir kitų tipų mikroskopus.

Šviesos mikroskopo prietaisas. Šviesos mikroskopas susideda iš optinių ir mechaninių dalių. Pirmasis apima okuliarą, objektyvus ir veidrodį, o antrasis - vamzdelį, trikojį, pagrindą, sceną ir varžtą.

Bendras mikroskopo padidinimas nustatomas pagal formulę:

objektyvo didinimas $×$ okuliaro didinimas $-$ mikroskopo didinimas.

Pavyzdžiui, jei objektyvas padidina objektą 8 $ kartų, o okuliaras - 7 $, tada bendras mikroskopo padidinimas yra 56 $.

Diferencinė centrifuga, arba frakcionavimas, leidžia atskirti daleles pagal jų dydį ir tankį veikiant išcentrinei jėgai, kuri aktyviai naudojama tiriant biologinių molekulių ir ląstelių struktūrą.

Biologinių metodų arsenalas nuolat atnaujinamas, o šiuo metu jo iki galo aprėpti beveik neįmanoma. Todėl kai kurie metodai, naudojami atskiruose biologijos moksluose, bus aptarti toliau.

Biologijos vaidmuo formuojant šiuolaikinį gamtos mokslų pasaulio vaizdą

Formavimosi stadijoje biologija dar neegzistavo atskirai nuo kitų gamtos mokslų ir apsiribojo tik gyvūnų ir augalų pasaulio atstovų stebėjimu, tyrinėjimu, aprašymu ir klasifikavimu, t.y. buvo aprašomasis mokslas. Tačiau tai nesutrukdė senovės gamtininkams Hipokratui (apie 460–377 m. pr. Kr.), Aristoteliui (384–322 m. pr. Kr.) ir Teofrastai (tikrasis vardas Tirtamas, 372–287 m. pr. Kr.). idėjas apie žmogaus kūno ir gyvūnų sandarą, taip pat biologinę gyvūnų ir augalų įvairovę, taip padėdamas žmogaus anatomijos ir fiziologijos, zoologijos ir botanikos pagrindus.

Žinių apie gyvąją gamtą gilinimas ir anksčiau sukauptų faktų sisteminimas, įvykęs XVI–XVIII a., baigėsi dvejetainės nomenklatūros įvedimu ir darnios augalų (C. Linnaeus) ir gyvūnų taksonomijos sukūrimu (J. B. Lamarckas). ).

Daugelio rūšių, turinčių panašias morfologines savybes, aprašymas, taip pat paleontologiniai radiniai tapo prielaida idėjoms apie rūšių kilmę ir organinio pasaulio istorinės raidos kelius plėtoti. Taigi, F. Redi, L. Spallanzani ir L. Pasteur eksperimentai 17–19 amžiuje paneigė Aristotelio iškeltą ir viduramžiais paplitusią spontaniškos kartos hipotezę bei A. I. Oparino ir biocheminės evoliucijos teoriją J. Haldane'as, puikiai patvirtintas S. Millerio ir G. Jurijaus, leido atsakyti į klausimą apie visų gyvų dalykų kilmę.

Jei gyvų būtybių atsiradimo iš negyvų komponentų procesas ir jo evoliucija savaime nebekelia abejonių, tai organinio pasaulio istorinės raidos mechanizmai, keliai ir kryptys vis dar nėra iki galo suprantamos, nes nė vienas iš dviejų pagrindinės konkuruojančios evoliucijos teorijos (sintetinė evoliucijos teorija, sukurta remiantis C. Darwino teorija ir J. B. Lamarko teorija) vis dar negali pateikti išsamių įrodymų.

Mikroskopijos ir kitų giminingų mokslų metodų taikymas dėl pažangos kitų gamtos mokslų srityje, taip pat eksperimentinės praktikos diegimas leido vokiečių mokslininkams T. Schwannui ir M. Schleidenui dar 2005 metais suformuluoti ląstelių teoriją. XIX a., vėliau papildytas R. Virchow ir K. Baer. Tai tapo svarbiausiu biologijos apibendrinimu, kuris sudarė šiuolaikinių idėjų apie organinio pasaulio vienybę kertinį akmenį.

Čekijos vienuolio G. Mendelio atrasti paveldimos informacijos perdavimo modeliai tapo postūmiu tolesnei sparčiai XX–XXI amžių biologijos raidai ir paskatino ne tik atrasti universalų paveldimumo nešiklį – DNR, bet ir taip pat genetinį kodą, taip pat pagrindinius paveldimos informacijos valdymo, skaitymo ir kintamumo mechanizmus.

Idėjų apie aplinką plėtra paskatino tokio mokslo kaip ekologija atsiradimą ir formulavimą mokymai apie biosferą kaip sudėtinga daugiakomponentė planetinė sistema, susidedanti iš tarpusavyje susijusių didžiulių biologinių kompleksų, taip pat cheminių ir geologinių procesų, vykstančių Žemėje (V.I. Vernadskis), kuri galiausiai leidžia bent šiek tiek sumažinti neigiamas žmogaus ekonominės veiklos pasekmes.

Taigi biologija suvaidino svarbų vaidmenį formuojant šiuolaikinį gamtos mokslų pasaulio vaizdą.

Lygio organizavimas ir raida. Pagrindiniai gyvosios gamtos organizavimo lygiai: ląstelinis, organizminis, populiacijos-rūšinis, biogeocenotinis, biosfera. Biologinės sistemos. Bendrosios biologinių sistemų charakteristikos: ląstelių struktūra, cheminės sudėties ypatumai, medžiagų apykaita ir energijos konversija, homeostazė, dirglumas, judėjimas, augimas ir vystymasis, dauginimasis, evoliucija

Lygio organizavimas ir raida

Gyvoji gamta nėra vienalytis darinys, kaip kristalas, jį vaizduoja begalė ją sudarančių objektų (šiuo metu aprašoma apie 2 mln. organizmų rūšių). Kartu ši įvairovė nėra joje viešpataujančio chaoso įrodymas, nes organizmai turi ląstelinę struktūrą, tos pačios rūšies organizmai sudaro populiacijas, visos populiacijos, gyvenančios viename žemės ar vandens plote, sudaro bendrijas ir sąveikaudamos su kūnais. iš negyvos gamtos jie sudaro biogeocenozes, kurios savo ruožtu sudaro biosferą.

Taigi gyvoji gamta yra sistema, kurios komponentai gali būti išdėstyti griežta tvarka: nuo žemesnės iki aukštesnės. Šis organizavimo principas leidžia atskirti individą lygius ir suteikia visapusišką supratimą apie gyvenimą kaip gamtos reiškinį. Kiekviename organizacijos lygmenyje nustatomas elementarus vienetas ir elementarus reiškinys. Kaip elementarus vienetas apsvarstykite struktūrą ar objektą, kurio pokyčiai yra atitinkamo lygio indėlis į gyvybės išsaugojimo ir vystymosi procesą, o pats pokytis yra elementarus reiškinys.

Tokios daugiapakopės struktūros susidarymas negalėjo įvykti akimirksniu – tai yra milijardus metų trukusios istorinės raidos rezultatas, per kurį laipsniškai komplikavosi gyvybės formos: nuo organinių molekulių kompleksų iki ląstelių, nuo ląstelių iki organizmų, tt Susiformavusi ši struktūra išlaiko savo egzistavimą dėl sudėtingos reguliavimo sistemos ir toliau vystosi, o kiekviename gyvosios medžiagos organizavimo lygmenyje vyksta atitinkami evoliuciniai pokyčiai.

Pagrindiniai gyvosios gamtos organizavimo lygiai: ląstelinis, organizminis, populiacijos-rūšinis, biogeocenotinis, biosfera

Šiuo metu yra keli pagrindiniai gyvosios medžiagos organizavimo lygiai: ląstelinis, organizminis, populiacijos-rūšinis, biogeocenotinis ir biosferinis.

Ląstelių lygis

Nors kai kurios gyvų būtybių savybės pasireiškia jau dėl biologinių makromolekulių (baltymų, nukleino rūgščių, polisacharidų ir kt.) sąveikos, gyvų būtybių sandaros, funkcijų ir vystymosi vienetas yra ląstelė, galinti nešti. išskaidyti ir susieti paveldimos informacijos įgyvendinimo ir perdavimo procesus su medžiagų apykaita ir energijos konversija, taip užtikrinant aukštesnių organizacijos lygių funkcionavimą. Elementarus ląstelinio organizavimo lygio vienetas yra ląstelė, o elementarus reiškinys – ląstelių metabolizmo reakcijos.

Organizmo lygis

Organizmas yra vientisa sistema, galinti savarankiškai egzistuoti. Pagal ląstelių, sudarančių organizmus, skaičių, jie skirstomi į vienaląsčius ir daugialąsčius. Vienaląsčių organizmų (amoeba vulgaris, žalioji euglena ir kt.) ląstelinis organizavimo lygis sutampa su organizmo lygiu. Žemės istorijoje buvo laikotarpis, kai visus organizmus reprezentavo tik vienaląstės formos, tačiau jos užtikrino ir biogeocenozių, ir visos biosferos funkcionavimą. Daugumą daugialąsčių organizmų sudaro audinių ir organų rinkinys, kuris savo ruožtu taip pat turi ląstelinę struktūrą. Organai ir audiniai yra pritaikyti atlikti specifines funkcijas. Elementariu šio lygmens vienetu yra individas jo individualioje raidoje, arba ontogenezėje, todėl organizmo lygmuo dar vadinamas ontogenetinis. Elementarus reiškinys šiame lygyje yra organizmo individualaus vystymosi pokyčiai.

Populiacijos-rūšies lygis

Gyventojų skaičius- tai tos pačios rūšies individų rinkinys, laisvai kryžminantis vienas su kitu ir gyvenantis atskirai nuo kitų panašių individų grupių.

Populiacijose vyksta laisvas keitimasis paveldima informacija ir jos perdavimas palikuonims. Populiacija yra elementarus populiacijos-rūšies lygio vienetas, o elementarus reiškinys šiuo atveju yra evoliucinės transformacijos, tokios kaip mutacijos ir natūrali atranka.

Biogeocenozinis lygis

Biogeocenozė yra istoriškai susiformavusi skirtingų rūšių populiacijų bendruomenė, tarpusavyje ir su aplinka susijusi medžiagų apykaita ir energija.

Biogeocenozės – tai elementarios sistemos, kuriose vyksta medžiagų ir energijos ciklas, nulemtas gyvybinės organizmų veiklos. Pačios biogeocenozės yra tam tikro lygio elementarieji vienetai, o elementarieji reiškiniai – energijos srautai ir medžiagų ciklai juose. Biogeocenozės sudaro biosferą ir lemia visus joje vykstančius procesus.

Biosferos lygis

Biosfera- Žemės apvalkalas, apgyvendintas gyvų organizmų ir jų transformuotas.

Biosfera yra aukščiausias gyvybės organizavimo lygis planetoje. Šis apvalkalas dengia apatinę atmosferos dalį, hidrosferą ir viršutinį litosferos sluoksnį. Biosfera, kaip ir visos kitos biologinės sistemos, yra dinamiška ir ją aktyviai transformuoja gyvos būtybės. Jis pats yra elementarus biosferos lygio vienetas, o medžiagų ir energijos cirkuliacijos procesai, vykstantys dalyvaujant gyviems organizmams, laikomi elementariu reiškiniu.

Kaip minėta aukščiau, kiekvienas gyvosios medžiagos organizavimo lygis įneša savo indėlį į vieną evoliucijos procesą: ląstelėje ne tik atkuriama įterpta paveldima informacija, bet ir vyksta jos pasikeitimas, dėl kurio atsiranda naujų medžiagų derinių. organizmo ypatybės ir savybės, kurios savo ruožtu yra pavaldžios natūralios atrankos veiksmui populiacijos-rūšies lygmeniu ir kt.

Biologinės sistemos

Įvairaus sudėtingumo biologiniai objektai (ląstelės, organizmai, populiacijos ir rūšys, biogeocenozės ir pati biosfera) šiuo metu laikomi biologines sistemas.

Sistema yra konstrukcinių komponentų, kurių sąveika, lyginant su jų mechanine visuma, savybės atsiranda naujų savybių. Taigi organizmai susideda iš organų, organus formuoja audiniai, o audiniai – ląsteles.

Biologinėms sistemoms būdingi bruožai yra jų vientisumas, organizuotumo lygio principas, kaip aptarta aukščiau, ir atvirumas. Biologinių sistemų vientisumas daugiausia pasiekiamas savireguliacijos būdu, veikiant grįžtamojo ryšio principu.

KAM atviros sistemos apima sistemas, tarp kurių vyksta medžiagų, energijos ir informacijos mainai tarp jų ir aplinkos, pavyzdžiui, augalai fotosintezės procese fiksuoja saulės šviesą ir sugeria vandenį bei anglies dioksidą, išskirdami deguonį.

Bendrosios biologinių sistemų charakteristikos: ląstelių struktūra, cheminės sudėties ypatumai, medžiagų apykaita ir energijos konversija, homeostazė, dirglumas, judėjimas, augimas ir vystymasis, dauginimasis, evoliucija

Biologinės sistemos nuo negyvų kūnų skiriasi ženklų ir savybių rinkiniu, tarp kurių pagrindiniai yra ląstelių struktūra, cheminė sudėtis, medžiagų apykaita ir energijos konversija, homeostazė, dirglumas, judėjimas, augimas ir vystymasis, dauginimasis ir evoliucija.

Elementarus struktūrinis ir funkcinis gyvo daikto vienetas yra ląstelė. Netgi virusai, priklausantys neląstelinėms gyvybės formoms, nesugeba savaime daugintis už ląstelių ribų.

Yra dviejų tipų ląstelių struktūra: prokariotų Ir eukariotų. Prokariotinės ląstelės neturi susiformavusio branduolio, jų genetinė informacija yra sutelkta citoplazmoje. Prokariotai pirmiausia apima bakterijas. Genetinė informacija eukariotinėse ląstelėse saugoma specialioje struktūroje – branduolyje. Eukariotai apima augalus, gyvūnus ir grybus. Jei vienaląsčiuose organizmuose visos gyvybės apraiškos būdingos ląstelei, tai daugialąsčiuose organizmuose vyksta ląstelių specializacija.

Gyvuose organizmuose nėra rasta nei vieno cheminio elemento, kurio neegzistuotų negyvojoje gamtoje, tačiau jų koncentracijos pirmuoju ir antruoju atveju labai skiriasi. Gyvojoje gamtoje vyrauja tokie elementai kaip anglis, vandenilis ir deguonis, kurie yra organinių junginių dalis, o negyvajai gamtai daugiausia būdingos neorganinės medžiagos. Svarbiausi organiniai junginiai yra nukleino rūgštys ir baltymai, kurie atlieka savaiminio dauginimosi ir savęs palaikymo funkcijas, tačiau nė viena iš šių medžiagų nėra gyvybės nešėja, nes nei pavieniui, nei grupėje jos nesugeba savaime daugintis. tam reikalingas vientisas molekulių ir struktūrų kompleksas, kuris yra ląstelė.

Visos gyvos sistemos, įskaitant ląsteles ir organizmus, yra atviros sistemos. Tačiau skirtingai nuo negyvos gamtos, kur daugiausia medžiagos perkeliamos iš vienos vietos į kitą arba pasikeičia jų agregacijos būsena, gyvos būtybės sugeba chemiškai transformuoti suvartotas medžiagas ir panaudoti energiją. Metabolizmas ir energijos konversija yra susiję su tokiais procesais kaip mityba, kvėpavimas ir išskyrimas.

Pagal maistas paprastai supranta medžiagų, reikalingų energijos atsargoms papildyti ir organizmo kūrimui, patekimą į organizmą, virškinimą ir įsisavinimą. Pagal mitybos būdą visi organizmai skirstomi į autotrofai Ir heterotrofai.

Autotrofai- tai organizmai, galintys sintetinti organines medžiagas iš neorganinių.

Heterotrofai– Tai organizmai, maistui vartojantys jau paruoštas organines medžiagas. Autotrofai skirstomi į fotoautotrofus ir chemoautotrofus. Fotoautotrofai panaudoti saulės šviesos energiją organinėms medžiagoms sintetinti. Šviesos energijos pavertimo organinių junginių cheminių ryšių energija vadinamas procesas fotosintezė. Didžioji dauguma augalų ir kai kurios bakterijos (pavyzdžiui, cianobakterijos) yra fotoautotrofai. Apskritai fotosintezė nėra labai produktyvus procesas, dėl kurio dauguma augalų yra priversti gyventi prisirišusį gyvenimo būdą. Chemoautotrofai išgauti energiją organinių junginių sintezei iš neorganinių junginių. Šis procesas vadinamas chemosintezė. Tipiški chemoautotrofai yra kai kurios bakterijos, įskaitant sieros bakterijas ir geležies bakterijas.

Likę organizmai – gyvūnai, grybai ir didžioji dauguma bakterijų – yra heterotrofai.

Kvėpavimas – tai organinių medžiagų skaidymo į paprastesnes procesas, kurio metu išsiskiria energija, reikalinga organizmų gyvybei palaikyti.

Išskirti aerobinis kvėpavimas, kuriems reikalingas deguonis, ir anaerobinis, vykstantis nedalyvaujant deguoniui. Dauguma organizmų yra aerobai, nors anaerobų taip pat yra tarp bakterijų, grybų ir gyvūnų. Kvėpuojant deguonimi, sudėtingos organinės medžiagos gali suskaidyti į vandenį ir anglies dioksidą.

Išskyrimas dažniausiai reiškia galutinių medžiagų apykaitos produktų ir įvairių medžiagų (vandens, druskų ir kt.), gaunamų iš maisto ar jame susidarančių, pašalinimą iš organizmo. Išskyrimo procesai ypač intensyvūs gyvūnams, o augalai – itin ekonomiški.

Metabolizmo ir energijos dėka užtikrinamas organizmo santykis su aplinka, palaikoma homeostazė.

Homeostazė yra biologinių sistemų gebėjimas atlaikyti pokyčius ir išlaikyti santykinį cheminės sudėties, struktūros ir savybių pastovumą, taip pat užtikrinti nuolatinį funkcionavimą kintančiomis aplinkos sąlygomis. Prisitaikymas prie besikeičiančių aplinkos sąlygų vadinamas prisitaikymu.

Irzlumas- tai universali gyvų būtybių savybė reaguoti į išorinį ir vidinį poveikį, kuri yra organizmo prisitaikymo prie aplinkos sąlygų ir jų išlikimo pagrindas. Augalų reakcija į išorinių sąlygų pokyčius yra, pavyzdžiui, lapų ašmenų pasukimas į šviesą, o daugumoje gyvūnų ji turi sudėtingesnes formas, kurios yra refleksinės.

Judėjimas- neatskiriama biologinių sistemų savybė. Tai pasireiškia ne tik kūnų ir jų dalių judėjimu erdvėje, pavyzdžiui, reaguojant į dirginimą, bet ir augimo bei vystymosi procese.

Nauji organizmai, atsirandantys dėl dauginimosi, iš savo tėvų gauna ne paruoštas savybes, o tam tikras genetines programas, galimybę išsiugdyti tam tikras savybes. Ši paveldima informacija realizuojama individualaus vystymosi metu. Individualus vystymasis, kaip taisyklė, išreiškiamas kiekybiniais ir kokybiniais kūno pokyčiais. Kiekybiniai kūno pokyčiai vadinami augimu. Jie pasireiškia, pavyzdžiui, kaip organizmo masės ir linijinių matmenų padidėjimas, pagrįstas molekulių, ląstelių ir kitų biologinių struktūrų dauginimu.

Organizmo vystymasis- tai kokybinių struktūros skirtumų, funkcijų komplikacijos ir kt. atsiradimas, pagrįstas ląstelių diferenciacija.

Organizmų augimas gali tęstis visą gyvenimą arba baigtis tam tikru konkrečiu etapu. Pirmuoju atveju kalbame apie neribotas, arba atviras augimas. Jis būdingas augalams ir grybams. Antruoju atveju mes susiduriame su ribotas, arba uždaras augimas, būdingas gyvūnams ir bakterijoms.

Atskiros ląstelės, organizmo, rūšies ir kitų biologinių sistemų egzistavimo trukmė yra ribota, daugiausia dėl aplinkos veiksnių įtakos, todėl reikalingas nuolatinis šių sistemų dauginimasis. Ląstelių ir organizmų dauginimasis grindžiamas DNR molekulių savaiminio dubliavimosi procesu. Organizmų dauginimasis užtikrina rūšies egzistavimą, o visų Žemėje gyvenančių rūšių dauginimasis – biosferos egzistavimą.

Paveldimumas vadinti tėvų formų ypatybių perteikimą per kelias kartas.

Tačiau jei savybės būtų išsaugotos dauginimosi metu, prisitaikymas prie besikeičiančių aplinkos sąlygų būtų neįmanomas. Šiuo atžvilgiu atsirado savybė, priešinga paveldimumui - kintamumas.

Kintamumas- tai galimybė per gyvenimą įgyti naujų savybių ir savybių, užtikrinančių labiausiai prisitaikiusių rūšių evoliuciją ir išlikimą.

Evoliucija yra negrįžtamas gyvų būtybių istorinės raidos procesas.

Jis pagrįstas progresyvus dauginimasis, paveldimas kintamumas, kova už būvį Ir natūrali atranka. Šių veiksnių veikimas lėmė didžiulę gyvybės formų įvairovę, prisitaikiusią prie skirtingų aplinkos sąlygų. Progresuojanti evoliucija perėjo keletą etapų: ikiląstelinės formos, vienaląsčiai organizmai, vis sudėtingesni daugialąsčiai organizmai iki žmonių.

Genetika, jos uždaviniai. Paveldimumas ir kintamumas yra organizmų savybės. Genetikos metodai. Pagrindinės genetinės sąvokos ir simbolika. Chromosomų paveldimumo teorija. Šiuolaikinės idėjos apie geną ir genomą

Genetika, jos uždaviniai

Gamtos mokslų ir ląstelių biologijos pažanga XVIII–XIX amžiuje daugeliui mokslininkų leido daryti prielaidas apie tam tikrų paveldimų veiksnių, lemiančių, pavyzdžiui, paveldimų ligų išsivystymą, egzistavimą, tačiau šios prielaidos nebuvo pagrįstos svarbiais įrodymais. Netgi 1889 m. H. de Vries suformuluota viduląstelinės pangenezės teorija, kurioje buvo daroma prielaida, kad ląstelės branduolyje egzistuoja tam tikri „pangenai“, lemiantys paveldimus organizmo polinkius, o į protoplazmą patenka tik tie, kurie lemia ląstelės tipo, negalėjo pakeisti situacijos, taip pat A. Weissmano „gemalinės plazmos“ teorija, pagal kurią ontogenezės proceso metu įgytos savybės nėra paveldimos.

Tik čekų tyrinėtojo G. Mendelio (1822–1884) darbai tapo šiuolaikinės genetikos pamatu. Tačiau nepaisant to, kad jo darbai buvo cituojami moksliniuose leidiniuose, amžininkai į juos nekreipė dėmesio. Ir tik trijų mokslininkų – E. Chermako, K. Correns ir H. de Vries – iš naujo atradimas nepriklausomo paveldėjimo dėsningumus privertė mokslo bendruomenę atsigręžti į genetikos ištakas.

Genetika yra mokslas, tiriantis paveldimumo ir kintamumo dėsningumus bei jų valdymo metodus.

Genetikos uždaviniai dabartiniame etape yra paveldimos medžiagos kokybinių ir kiekybinių savybių tyrimas, genotipo struktūros ir funkcionavimo analizė, smulkiosios geno struktūros iššifravimas ir genų aktyvumo reguliavimo metodai, genų, sąlygojančių paveldimo žmogaus vystymąsi, paieška. ligos ir jų „koregavimo“ metodai, naujos kartos vaistų kūrimas pagal DNR vakcinų tipą, naujų savybių turinčių organizmų, galinčių gaminti žmonėms reikalingus vaistus ir maisto produktus, kūrimas naudojant genų ir ląstelių inžineriją, taip pat visiškas žmogaus genomo iššifravimas.

Paveldimumas ir kintamumas – organizmų savybės

Paveldimumas yra organizmų gebėjimas perduoti savo savybes ir savybes per kelias kartas.

Kintamumas- organizmų gebėjimas per gyvenimą įgyti naujų savybių.

Ženklai- tai bet kokios morfologinės, fiziologinės, biocheminės ir kitos organizmų savybės, kuriomis vieni iš jų skiriasi nuo kitų, pavyzdžiui, akių spalva. Savybės dar vadinamos bet kokios funkcinės organizmų savybės, kurios yra pagrįstos tam tikra struktūrine ypatybe ar elementariųjų požymių grupe.

Organizmų savybes galima suskirstyti į kokybės Ir kiekybinis. Kokybiniai ženklai turi dvi ar tris kontrastingas apraiškas, kurios vadinamos alternatyvūs ženklai, pavyzdžiui, mėlynos ir rudos akių spalvos, o kiekybinės (karvių primilžis, kviečių derlingumas) neturi aiškiai apibrėžtų skirtumų.

Materialusis paveldimumo nešėjas yra DNR. Eukariotuose yra dviejų tipų paveldimumas: genotipinis Ir citoplazminis. Genotipinio paveldimumo nešiotojai yra lokalizuoti branduolyje ir bus aptarti toliau, o citoplazminio paveldimumo nešėjai yra žiedinės DNR molekulės, esančios mitochondrijose ir plastidėse. Citoplazminis paveldimumas perduodamas daugiausia su kiaušiniu, todėl jis dar vadinamas motiniškas.

Žmogaus ląstelių mitochondrijose lokalizuota nedaug genų, tačiau jų pokyčiai gali turėti didelės įtakos organizmo vystymuisi, pavyzdžiui, sukelti aklumą ar laipsnišką judrumo mažėjimą. Plastidės vaidina ne mažiau svarbų vaidmenį augalų gyvenime. Taigi kai kuriose lapo vietose gali būti chlorofilo neturinčių ląstelių, dėl kurių, viena vertus, mažėja augalų produktyvumas, kita vertus, tokie margi organizmai yra vertinami dekoratyviniame apželdinime. Tokie egzemplioriai daugiausia dauginasi nelytiškai, nes lytiniu būdu dauginasi įprasti žali augalai.

Genetikos metodai

1. Hibridologinis metodas, arba kryžminimo būdas, susideda iš tėvų individų atrankos ir palikuonių analizės. Šiuo atveju apie organizmo genotipą sprendžiama pagal fenotipinius genų pasireiškimus palikuoniuose, gautus taikant tam tikrą kryžminimo schemą. Tai seniausias informacinis genetikos metodas, kurį visapusiškai pirmą kartą panaudojo G. Mendelis kartu su statistiniu metodu. Šis metodas netaikomas žmogaus genetikoje dėl etinių priežasčių.

2. Citogenetinis metodas pagrįstas kariotipo: organizmo chromosomų skaičiaus, formos ir dydžio tyrimu. Šių požymių tyrimas leidžia nustatyti įvairias vystymosi patologijas.

3. Biocheminis metodas leidžia nustatyti įvairių medžiagų kiekį organizme, ypač jų perteklių ar trūkumą, taip pat daugelio fermentų aktyvumą.

4. Molekulinių genetinių metodų tikslas – nustatyti struktūros variacijas ir iššifruoti tiriamų DNR sekcijų pirminę nukleotidų seką. Jie leidžia identifikuoti paveldimų ligų genus net embrionuose, nustatyti tėvystę ir kt.

5. Populiacijos statistinis metodas leidžia nustatyti populiacijos genetinę sudėtį, tam tikrų genų ir genotipų dažnumą, genetinį krūvį, taip pat nubrėžti populiacijos vystymosi perspektyvas.

6. Somatinių ląstelių hibridizacijos kultūroje metodas leidžia nustatyti tam tikrų genų lokalizaciją chromosomose susiliejant skirtingų organizmų ląstelėms, pavyzdžiui, pelės ir žiurkėno, pelės ir žmogaus ir kt.

Pagrindinės genetinės sąvokos ir simbolika

Gene- tai DNR molekulės arba chromosomos dalis, kurioje yra informacija apie tam tikrą organizmo požymį ar savybę.

Kai kurie genai gali turėti įtakos kelių bruožų pasireiškimui vienu metu. Šis reiškinys vadinamas pleiotropija. Pavyzdžiui, genas, sukeliantis paveldimos ligos arachnodaktilijos (vorinių pirštų) išsivystymą, taip pat sukelia lęšiuko kreivumą ir daugelio vidaus organų patologijas.

Kiekvienas genas chromosomoje užima griežtai apibrėžtą vietą - lokusas. Kadangi daugumos eukariotinių organizmų somatinėse ląstelėse chromosomos yra suporuotos (homologinės), kiekvienoje iš suporuotų chromosomų yra viena geno, atsakingo už tam tikrą požymį, kopija. Tokie genai vadinami alelinis.

Aleliniai genai dažniausiai egzistuoja dviem versijomis – dominuojančiais ir recesyviniais. Dominuojantis vadinamas aleliu, kuris pasireiškia nepriklausomai nuo to, kuris genas yra kitoje chromosomoje ir slopina recesyvinio geno koduojamo požymio vystymąsi. Dominuojantys aleliai dažniausiai žymimi lotyniškos abėcėlės didžiosiomis raidėmis (A, B, C ir kt.), o recesyviniai aleliai – mažosiomis raidėmis (a, b, c ir kt.). Recesyvinis aleliai gali būti išreikšti tik tuo atveju, jei jie užima lokusus abiejose suporuotose chromosomose.

Organizmas, turintis tuos pačius alelius abiejose homologinėse chromosomose, vadinamas homozigotinisšiam genui arba homozigotinis(AA, aa, AABB, aabb ir kt.), o organizmas, turintis skirtingus genų variantus abiejose homologinėse chromosomose – dominuojančiose ir recesyvinėse – vadinamas heterozigotinisšiam genui arba heterozigotinis(Aa, AaBb ir kt.).

Nemažai genų gali turėti tris ir daugiau struktūrinių variantų, pavyzdžiui, kraujo grupes pagal AB0 sistemą koduoja trys aleliai – I A, I B, t.y. Šis reiškinys vadinamas daugybinis alelizmas. Tačiau net ir šiuo atveju kiekviena poros chromosoma turi tik vieną alelį, tai yra, visi trys genų variantai negali būti atstovaujami viename organizme.

Genomas- genų rinkinys, būdingas haploidiniam chromosomų rinkiniui.

Genotipas- genų rinkinys, būdingas diploidiniam chromosomų rinkiniui.

Fenotipas- organizmo savybių ir savybių visuma, kuri yra genotipo ir aplinkos sąveikos rezultatas.

Kadangi organizmai vienas nuo kito skiriasi daugeliu požymių, jų paveldėjimo modelius galima nustatyti tik išanalizavus du ar daugiau palikuonių požymių. Kryžminimas, kai atsižvelgiama į paveldėjimą ir atliekamas tikslus kiekybinis palikuonių skaičiavimas pagal vieną alternatyvių savybių porą, vadinamas monohibridinis m, dviejose porose - dihibridas, pagal didesnį ženklų skaičių - polihibridinis.

Remiantis individo fenotipu, ne visada įmanoma nustatyti jo genotipą, nes ir organizmas, homozigotinis dominuojančiam genui (AA), ir heterozigotinis (Aa), fenotipe turės dominuojančio alelio pasireiškimą. Todėl, norėdami patikrinti organizmo genotipą kryžminiu apvaisinimu, jie naudoja bandomasis kryžius- kryžminimas, kai organizmas, turintis dominuojantį požymį, kryžminamas su vienu homozigotu recesyviniam genui. Tokiu atveju organizmas, homozigotinis dominuojančiam genui, nesukels palikuonių skilimo, o heterozigotinių individų palikuonių skaičius yra vienodas dominuojančių ir recesyvinių požymių turinčių individų.

Kirtimo schemoms įrašyti dažniausiai naudojamos šios sutartys:

R (iš lat. tėvas- tėvai) - pirminiai organizmai;

$♀$ (alcheminis Veneros ženklas – veidrodis su rankena) – motinos egzempliorius;

$♂$ (alcheminis Marso ženklas – skydas ir ietis) – tėvo individas;

$×$ - perėjimo ženklas;

F 1, F 2, F 3 ir tt - pirmosios, antrosios, trečiosios ir vėlesnių kartų hibridai;

F a - palikuonys iš analizuojančio kryžiaus.

Chromosomų paveldimumo teorija

Genetikos pradininkas G. Mendelis, kaip ir artimiausi jo pasekėjai, neturėjo nė menkiausio supratimo apie materialinį paveldimų polinkių pagrindą, arba genus. Tačiau jau 1902–1903 metais vokiečių biologas T. Boveri ir amerikiečių studentas W. Sattonas savarankiškai pasiūlė, kad chromosomų elgsena ląstelių brendimo ir apvaisinimo metu leidžia paaiškinti paveldimumo faktorių skilimą pagal Mendelį, t.y. jų nuomone, genai turi būti chromosomose. Šios prielaidos tapo kertiniu chromosomų paveldimumo teorijos akmeniu.

1906 metais anglų genetikai W. Batesonas ir R. Punnettas aptiko Mendelio segregacijos pažeidimą kryžminant saldžiuosius žirnius, o jų tautietis L. Donkasteris, atlikęs eksperimentus su agrastų kandžių drugeliu, atrado su lytimi susijusį paveldėjimą. Šių eksperimentų rezultatai aiškiai prieštaravo Mendelio rezultatams, tačiau jei atsižvelgsime į tai, kad tuo metu jau buvo žinoma, kad žinomų eksperimentinių objektų charakteristikų skaičius gerokai viršijo chromosomų skaičių, ir tai rodo, kad kiekviena chromosoma turi daugiau nei vieną geną, o vienos chromosomos genai paveldimi kartu.

1910 metais T. Morgano grupė pradėjo eksperimentus su nauju eksperimentiniu objektu – vaisine muse Drosophila. Šių eksperimentų rezultatai leido iki XX amžiaus XX amžiaus vidurio suformuluoti pagrindines chromosomų paveldimumo teorijos nuostatas, nustatyti genų tvarką chromosomose ir atstumus tarp jų, t. y. sudaryti pirmąjį. chromosomų žemėlapiai.

Pagrindinės chromosomų paveldimumo teorijos nuostatos:

Genai yra chromosomose. Toje pačioje chromosomoje esantys genai yra paveldimi kartu arba susieti ir vadinami sankabos grupė. Ryšio grupių skaičius yra lygus haploidiniam chromosomų rinkiniui.
Kiekvienas genas chromosomoje užima griežtai apibrėžtą vietą – lokusą.
Genai yra tiesiškai išsidėstę chromosomose.
Genų ryšys nutrūksta tik dėl kryžminimo.
Atstumas tarp genų chromosomoje yra proporcingas jų sankryžos procentui.
Nepriklausomas paveldėjimas būdingas tik nehomologinėse chromosomose esantiems genams.

Šiuolaikinės idėjos apie geną ir genomą

XX amžiaus 40-ųjų pradžioje J. Beadle'as ir E. Tatumas, analizuodami neurosporos grybo genetinių tyrimų rezultatus, priėjo prie išvados, kad kiekvienas genas kontroliuoja fermento sintezę, ir suformulavo principą „vienas“. genas – vienas fermentas“.

Tačiau jau 1961 metais F. Jacobui, J. L. Monodui ir A. Lvovui pavyko iššifruoti E. coli geno struktūrą ir ištirti jo veiklos reguliavimą. Už šį atradimą 1965 m. jie buvo apdovanoti Nobelio fiziologijos ir medicinos premija.

Tyrimo procese, be struktūrinių genų, kontroliuojančių tam tikrų požymių vystymąsi, pavyko nustatyti reguliuojančius, kurių pagrindinė funkcija – kitų genų užkoduotų požymių pasireiškimas.

Prokariotinio geno struktūra. Prokariotų struktūrinis genas turi sudėtingą struktūrą, nes jis apima reguliavimo sritis ir koduojančias sekas. Reguliavimo regionai apima reklamuotoją, operatorių ir terminatorių. Rėmėjas vadinama geno sritimi, prie kurios prisijungęs fermentas RNR polimerazė, užtikrinanti mRNR sintezę transkripcijos metu. SU operatorius, esantis tarp promotoriaus ir struktūrinės sekos, gali prisijungti represoriaus baltymas, kuri neleidžia RNR polimerazei pradėti skaityti paveldimos informacijos iš koduojančios sekos, o tik jos pašalinimas leidžia pradėti transkripciją. Represoriaus struktūra dažniausiai yra užkoduota reguliaciniame gene, esančiame kitoje chromosomos dalyje. Informacijos skaitymas baigiasi geno skyriumi, vadinamu terminatorius.

Kodavimo seka Struktūriniame gene yra informacijos apie atitinkamo baltymo aminorūgščių seką. Kodavimo seka prokariotuose vadinama cistronomas, ir prokariotinio geno koduojančių ir reguliuojančių sričių visuma – operonas. Apskritai prokariotai, įskaitant E. coli, turi palyginti nedaug genų, esančių vienoje apskritoje chromosomoje.

Prokariotų citoplazmoje taip pat gali būti papildomų mažų žiedinių arba atvirų DNR molekulių, vadinamų plazmidėmis. Plazmidės gali integruotis į chromosomas ir būti perduodamos iš vienos ląstelės į kitą. Jie gali turėti informacijos apie lytines charakteristikas, patogeniškumą ir atsparumą antibiotikams.

Eukarioto geno struktūra. Skirtingai nuo prokariotų, eukariotų genai neturi operono struktūros, nes juose nėra operatoriaus, o kiekvieną struktūrinį geną lydi tik promotorius ir terminatorius. Be to, eukariotų genuose reikšmingi regionai ( egzonai) pakaitomis su nereikšmingais ( intronai), kurie yra visiškai transkribuojami į mRNR ir išpjaustomi jų brendimo metu. Biologinis intronų vaidmuo yra sumažinti mutacijų tikimybę reikšminguose regionuose. Eukariotų genų reguliavimas yra daug sudėtingesnis nei aprašytas prokariotams.

Žmogaus genomas. Kiekvienoje žmogaus ląstelėje 46 chromosomose yra apie 2 m DNR, sandariai supakuotos į dvigubą spiralę, kurią sudaro maždaug 3,2 $ × $ 10 9 nukleotidų poros, o tai suteikia apie 10 19 000 000 000 galimų unikalių derinių. XX amžiaus devintojo dešimtmečio pabaigoje buvo žinoma apie 1500 žmogaus genų, tačiau bendras jų skaičius buvo apie 100 tūkstančių, nes vien žmonės turi apie 10 tūkstančių paveldimų ligų, jau nekalbant apie įvairių baltymų skaičių. esančios ląstelėse.

1988 m. buvo pradėtas tarptautinis žmogaus genomo projektas, kuris iki XXI amžiaus pradžios baigėsi visišku nukleotidų sekos dekodavimu. Jis leido suprasti, kad du skirtingi žmonės turi 99,9% panašių nukleotidų sekų, o tik likę 0,1% lemia mūsų individualumą. Iš viso buvo aptikta apie 30–40 tūkstančių struktūrinių genų, tačiau vėliau jų skaičius sumažėjo iki 25–30 tūkstančių. Tačiau šie genai koduoja daug didesnį kiekį baltymų, pavyzdžiui, dešimtis tūkstančių apsauginių baltymų – imunoglobulinų.

97% mūsų genomo yra genetinis „šlamštas“, kuris egzistuoja tik todėl, kad gali gerai daugintis (RNR, kuri transkribuojama šiuose regionuose, niekada nepalieka branduolio). Pavyzdžiui, tarp mūsų genų yra ne tik „žmogaus“ genų, bet ir 60% genų, panašių į drozofilinės musės genus, o iki 99% mūsų genų yra panašūs į šimpanzes.

Lygiagrečiai su genomo dekodavimu vyko ir chromosomų kartografavimas, dėl kurio buvo galima ne tik atrasti, bet ir nustatyti kai kurių genų, atsakingų už paveldimų ligų vystymąsi, vietą, taip pat vaisto taikinį. genų.

Žmogaus genomo dekodavimas dar nedavė tiesioginio efekto, nes gavome savotišką instrukciją, kaip surinkti tokį sudėtingą organizmą kaip žmogų, bet neišmokome jo pagaminti ar bent ištaisyti klaidų. Nepaisant to, molekulinės medicinos era jau yra ant slenksčio visame pasaulyje, kuriami vadinamieji genų preparatai, galintys blokuoti, ištrinti ar net pakeisti patologinius genus gyvuose, o ne tik apvaisintame kiaušinėlyje.

Neturėtume pamiršti, kad eukariotinėse ląstelėse DNR yra ne tik branduolyje, bet ir mitochondrijose bei plastiduose. Skirtingai nuo branduolinio genomo, genų organizavimas mitochondrijose ir plastiduose turi daug bendro su prokariotų genomo organizavimu. Nepaisant to, kad šios organelės neša mažiau nei 1% ląstelės paveldimos informacijos ir net neužkoduoja viso jų pačių funkcionavimui būtinų baltymų rinkinio, jos gali reikšmingai paveikti kai kurias organizmo savybes. Taigi chlorofitų, gebenių ir kitų augalų margumą paveldi nedaug palikuonių net ir kryžminant du margus augalus. Taip yra dėl to, kad plastidai ir mitochondrijos dažniausiai perduodamos su kiaušialąstės citoplazma, todėl toks paveldimumas vadinamas motininiu arba citoplazminiu, priešingai nei genotipinis, kuris lokalizuotas branduolyje.

Terminas "biologija" sudarytas iš dviejų graikų kalbos žodžių „bios“ – gyvenimas ir „logos“ – žinios, mokymas, mokslas. Taigi klasikinis biologijos apibrėžimas kaip mokslas, tiriantis gyvenimą visomis jo apraiškomis.

Biologija tiria egzistuojančių ir išnykusių gyvų būtybių įvairovę, jų sandarą, funkcijas, kilmę, evoliuciją, pasiskirstymą ir individo raidą, ryšius tarpusavyje, tarp bendruomenių ir su negyvąja gamta.

Biologija nagrinėja bendruosius ir konkrečius gyvenimo būdus su visomis jo apraiškomis ir savybėmis: medžiagų apykaitą, dauginimąsi, paveldimumą, kintamumą, prisitaikymą, augimą, vystymąsi, dirglumą, judrumą ir kt.

Biologijos tyrimo metodai

Stebėjimas- paprasčiausias ir prieinamiausias būdas. Pavyzdžiui, galite stebėti sezoninius pokyčius gamtoje, augalų ir gyvūnų gyvenime, gyvūnų elgsenoje ir kt.
apibūdinimas biologiniai objektai (žodinis ar rašytinis aprašymas).
Palyginimas– organizmų panašumų ir skirtumų radimas, vartojamas taksonomijoje.
Eksperimentinis metodas(laboratorinėmis arba natūraliomis sąlygomis) – biologiniai tyrimai, naudojant įvairius fizikos ir chemijos instrumentus bei metodus.
Mikroskopija– ląstelių sandaros ir ląstelinių struktūrų tyrimas naudojant šviesos ir elektronų mikroskopus. Šviesos mikroskopai leidžia matyti ląstelių ir atskirų organelių formas ir dydžius. Elektroninė – nedidelės atskirų organelių struktūros.
Biocheminis metodas- gyvų organizmų ląstelių ir audinių cheminės sudėties tyrimas.
Citogenetinis– chromosomų tyrimo mikroskopu metodas. Galite aptikti genomines mutacijas (pavyzdžiui, Dauno sindromą), chromosomų mutacijas (chromosomų formos ir dydžio pokyčius).
Ultracentrifugavimas- atskirų ląstelių struktūrų (organelių) išskyrimas ir tolesnis jų tyrimas.
Istorinis metodas– gautų faktų palyginimas su anksčiau gautais rezultatais.
Modeliavimas– įvairių procesų, struktūrų, ekosistemų modelių kūrimas ir kt. siekiant numatyti pokyčius.
Hibridologinis metodas– kryžminimo būdas, pagrindinis paveldimumo dėsningumų tyrimo metodas.
Genealoginis metodas– kilmės dokumentų sudarymo metodas, naudojamas požymio paveldėjimo tipui nustatyti.
Dvynių metodas– metodas, leidžiantis nustatyti aplinkos veiksnių įtakos bruožų raidai dalį. Taikoma identiškiems dvyniams.

Biologijos ryšys su kitais mokslais.

Gyvosios gamtos įvairovė tokia didelė, kad šiuolaikinė biologija turi būti pristatoma kaip mokslų kompleksas. Biologija remiasi tokiais mokslais kaip medicina, ekologija, genetika, atranka, botanika, zoologija, anatomija, fiziologija, mikrobiologija, embriologija ir tt Biologija kartu su kitais mokslais suformavo tokius mokslus kaip biofizika, biochemija, bionika, geobotanika, zoogeografija ir kt. Sparčiai vystantis mokslui ir technologijoms, atsiranda naujos gyvųjų organizmų tyrimo kryptys, nauji mokslai. atsiranda susijusių su biologija. Tai dar kartą įrodo, kad gyvasis pasaulis yra daugialypis ir sudėtingas bei glaudžiai susijęs su negyvąja gamta.

Pagrindiniai biologijos mokslai – jų tyrimo objektai

Anatomija yra išorinė ir vidinė organizmų sandara.
Fiziologija – gyvenimo procesai.
Medicina – žmonių ligos, jų priežastys ir gydymo metodai.
Ekologija – ryšiai tarp organizmų gamtoje, procesų dėsniai ekosistemose.
Genetika – paveldimumo ir kintamumo dėsniai.
Citologija – mokslas apie ląsteles (struktūrą, gyvybinę veiklą ir kt.).
Biochemija – biocheminiai procesai gyvuose organizmuose.
Biofizika – fizikiniai reiškiniai gyvuose organizmuose.
Veisimas – tai naujų kūrimas ir esamų veislių, veislių, padermių tobulinimas.
Paleontologija – iškastinės senovės organizmų liekanos.
Embriologija – embrionų vystymasis.

Žmogus gali pritaikyti žinias biologijos srityje:

ligų profilaktikai ir gydymui
teikiant pirmąją pagalbą nelaimingų atsitikimų aukos;
augalininkystėje, gyvulininkystėje
aplinkosauginėje veikloje, kuri prisideda prie pasaulinių aplinkosaugos problemų sprendimo (žinios apie organizmų tarpusavio ryšius gamtoje, apie aplinkos būklę neigiamai veikiančius veiksnius ir kt. BIOLOGIJA KAIP MOKSLAS).

Gyvų daiktų požymiai ir savybės:

1. Ląstelių struktūra. Ląstelė yra vienas struktūrinis ir funkcinis vienetas, taip pat vystymosi vienetas beveik visiems gyviems organizmams Žemėje. Virusai yra išimtis, tačiau net ir jie pasižymi gyvomis savybėmis tik tada, kai yra ląstelėje. Už ląstelės ribų jie nerodo jokių gyvybės ženklų.

2. Cheminės sudėties vienovė. Gyvi daiktai sudaryti iš tų pačių cheminių elementų, kaip ir negyvi daiktai, tačiau 90% gyvų būtybių masės susidaro iš keturių elementų: S, O, N, N, kurios dalyvauja formuojant sudėtingas organines molekules, tokias kaip baltymai, nukleino rūgštys, angliavandeniai, lipidai.

3. Metabolizmas ir energija yra pagrindinės gyvų būtybių savybės. Jis vyksta dėl dviejų tarpusavyje susijusių procesų: organinių medžiagų sintezės organizme (dėl išorinių šviesos ir maisto energijos šaltinių) ir sudėtingų organinių medžiagų skilimo proceso, kai išsiskiria energija, kuri tada yra suvartojama organizmo. Metabolizmas užtikrina cheminės sudėties pastovumą nuolat kintančiomis aplinkos sąlygomis.

4. Atvirumas. Visi gyvi organizmai yra atviros sistemos, tai yra sistemos, kurios yra stabilios tik tada, kai gauna nuolatinę energiją ir medžiagą iš aplinkos.

5. Savarankiškas atgaminimas (reprodukcija). Gebėjimas savarankiškai daugintis yra svarbiausia visų gyvų organizmų savybė. Jis pagrįstas informacija apie bet kurio gyvo organizmo sandarą ir funkcijas, įterpta į nukleino rūgštis ir užtikrinanti gyvo organizmo sandaros ir gyvybinės veiklos specifiškumą.

6. Savireguliacija. Savireguliacijos mechanizmų dėka išlaikomas santykinis vidinės organizmo aplinkos pastovumas, t.y. išlaikomas cheminės sudėties pastovumas ir fiziologinių procesų intensyvumas, homeostazė.

7. Vystymasis ir augimas. Individualios raidos (ontogenezės) procese palaipsniui ir nuosekliai pasireiškia individualios organizmo savybės (vystymasis) ir vyksta jo augimas (dydžių didėjimas). Be to, visos gyvos sistemos vystosi – jos keičiasi istorinės raidos (filogenezės) metu.

8. Irzlumas. Bet kuris gyvas organizmas gali reaguoti į išorinį ir vidinį poveikį.

9. Paveldimumas. Visi gyvi organizmai gali išsaugoti ir perduoti palikuonims pagrindines savybes.

10. Kintamumas. Visi gyvi organizmai gali keistis ir įgyti naujų savybių.

Pagrindiniai gyvosios gamtos organizavimo lygiai

Visa gyvoji gamta yra biologinių sistemų visuma. Svarbios gyvųjų sistemų savybės yra daugiapakopė ir hierarchinė organizacija. Biologinių sistemų dalys pačios yra sistemos, sudarytos iš tarpusavyje susijusių dalių. Kiekviename lygmenyje kiekviena biologinė sistema yra unikali ir skiriasi nuo kitų sistemų.

Mokslininkai, remdamiesi gyvų daiktų savybių pasireiškimo ypatumais, nustatė kelis gyvosios gamtos organizavimo lygius:

1. Molekulinis lygis - atstovaujamos ląstelėse randamų organinių medžiagų (baltymų, lipidų, angliavandenių ir kt.) molekulių. Molekuliniu lygmeniu galima tirti biologinių molekulių savybes ir struktūras, jų vaidmenį ląstelėje, organizmo gyvenime ir pan. Pavyzdžiui, padvigubinti DNR molekulę, baltymų struktūrą ir pan.

2. Ląstelių lygis – atstovaujamos ląstelės. Ląstelių lygmenyje pradeda ryškėti gyvų būtybių savybės ir požymiai. Ląstelių lygmenyje galima tirti ląstelių ir ląstelinių struktūrų sandarą ir funkcijas, jose vykstančius procesus. Pavyzdžiui, citoplazmos judėjimas, ląstelių dalijimasis, baltymų biosintezė ribosomose ir kt.

3. Organų-audinių lygis – atstovaujami daugialąsčių organizmų audiniais ir organais. Šiame lygmenyje galima tirti audinių ir organų sandarą ir funkcijas, juose vykstančius procesus. Pavyzdžiui, širdies susitraukimas, vandens ir druskų judėjimas per indus ir pan.

4. Organizmo lygis – atstovaujama vienaląsčių ir daugialąsčių organizmų. Šiame lygmenyje tiriamas organizmas kaip visuma: jo sandara ir gyvybinės funkcijos, procesų savireguliacijos mechanizmai, prisitaikymas prie gyvenimo sąlygų ir kt.

5. Populiacijos-rūšies lygis– atstovaujamos populiacijos, susidedančios iš tos pačios rūšies individų, ilgą laiką gyvenančių kartu tam tikroje teritorijoje. Vieno individo gyvenimas yra nulemtas genetiškai, o palankiomis sąlygomis populiacija gali egzistuoti neribotą laiką. Kadangi šiame lygmenyje pradeda veikti evoliucijos varomosios jėgos - kova už būvį, natūrali atranka ir tt Populiacijos-rūšies lygmenyje jie tiria individų skaičiaus dinamiką, populiacijos amžiaus ir lyties sudėtį, evoliucinę. gyventojų skaičiaus pokyčiai ir pan.

6. Ekosistemos lygis– atstovaujama tam tikroje teritorijoje kartu gyvenančių skirtingų rūšių populiacijų. Šiame lygmenyje tiriami organizmų ir aplinkos ryšiai, sąlygos, lemiančios ekosistemų produktyvumą ir tvarumą, ekosistemų pokyčiai ir pan.

7. Biosferos lygis– aukščiausia gyvosios medžiagos organizavimo forma, vienijanti visas planetos ekosistemas. Šiame lygmenyje procesai tiriami visos planetos mastu – medžiagų ir energijos ciklai gamtoje, globalios aplinkos problemos, Žemės klimato pokyčiai ir kt.. Šiuo metu žmogaus įtakos biosferos būklei tyrimas, labai svarbu užkirsti kelią pasaulinei aplinkos krizei.

1 bilietas 1.Biologija kaip mokslas, jos pasiekimai, sąsajos su kitais mokslais. Gyvų objektų tyrimo metodai. Biologijos vaidmuo žmogaus gyvenime ir praktinėje veikloje. 2. Augalų karalystė, jos skirtumai nuo kitų gyvosios gamtos karalysčių. Paaiškinkite, kuri augalų grupė šiuo metu užima dominuojančią padėtį Žemėje. Raskite šios grupės atstovų tarp gyvų augalų ar herbariumo egzempliorių. 3.Pasinaudodami žiniomis apie medžiagų apykaitą ir energijos konversiją žmogaus organizme, moksliškai paaiškinkite fizinio neveiklumo, streso, žalingų įpročių, persivalgymo įtaką medžiagų apykaitai.

1. Biologija (iš graikų bios life, logos science) mokslas apie gyvybę. Ji tiria gyvus organizmus, jų sandarą, raidą ir kilmę, santykius su aplinka ir kitais gyvais organizmais. 2. Biologija - mokslų rinkinys apie gyvybę, apie gyvąją gamtą (žr. lentelę „Biologijos mokslų sistema“). I. Biologija kaip mokslas, jos pasiekimai siejant su kitais mokslais. Gyvų objektų tyrimo metodai. Biologijos vaidmuo žmogaus gyvenime ir praktinėje veikloje.

3. Pagrindiniai biologijos metodai 1.stebėjimas (leidžia apibūdinti biologinius reiškinius), 2.lyginimas (suteikia galimybę rasti bendrus įvairių organizmų sandaros ir gyvenimo modelius), 3.eksperimentas ar patirtis (padeda tyrėjui ištirti biologinių objektų savybės), 4.modeliavimas (modeliuojami procesai, kurie neprieinami stebėjimui ar eksperimentiniam dauginimui), 5. istorinis metodas (remiantis duomenimis apie šiuolaikinį organinį pasaulį ir jo praeitį, mokomasi apie gyvosios gamtos raidos procesus) .

4. Biologijos pasiekimai: 1). Daugelio Žemėje egzistuojančių gyvų organizmų rūšių aprašymas; 2). Ląstelių, evoliucinės, chromosomų teorijos kūrimas; 3). Genetinės inžinerijos kūrimo pagrindas buvo paveldimumo struktūrinių vienetų (genų) molekulinės struktūros atradimas. 4). Praktinis šiuolaikinės biologijos pasiekimų pritaikymas leidžia gauti pramoniniu požiūriu reikšmingus biologiškai aktyvių medžiagų kiekius.

6). Dėl paveldimumo ir kintamumo dėsnių išmanymo žemės ūkyje buvo pasiekta didelių sėkmių kuriant naujas labai produktyvias naminių gyvūnų veisles ir kultūrinių augalų veisles. 5). Remiantis organizmų tarpusavio ryšių tyrimais, sukurti biologiniai pasėlių kenkėjų kontrolės metodai.

7).Biologijoje didelė reikšmė teikiama baltymų biosintezės mechanizmų ir fotosintezės paslapčių išaiškinimas, kuris atvers kelią organinių maisto medžiagų gavimui. Be to, gyvų būtybių organizavimo principų (bionikos) panaudojimas pramonėje (statyboje, kuriant naujas mašinas ir mechanizmus) duoda ir ateityje duos reikšmingą ekonominį efektą. Korio dizainas sudarė pagrindą statyboms skirtų „korių plokščių“ gamybai

Esant tokiai situacijai, vienintelis pagrindas didinti maisto išteklius gali būti žemės ūkio intensyvinimas. Šiame procese svarbų vaidmenį atliks naujų labai produktyvių mikroorganizmų, augalų ir gyvūnų formų kūrimas bei racionalus, moksliškai pagrįstas gamtos išteklių naudojimas.

1. Augalai yra autotrofai ir gali fotosintezuoti; 2. Plastidų su pigmentais buvimas ląstelėse; 3. Ląsteles gaubia celiuliozės sienelė; 4.Vakuolių su ląstelių sultimis buvimas ląstelėse; 5.Neribotas augimas; 6. Yra augalų hormonai – fitohormonai; 7. Osmosinis mitybos tipas (maistinių medžiagų gavimas vandeninių tirpalų pavidalu, patenkančių per ląstelės membraną).

Angiospermai arba žydintys augalai yra didžiausias šiuolaikinių aukštesniųjų augalų padalinys, kuriame yra apie 250 tūkstančių rūšių. Jie auga visose klimato zonose ir yra visų Žemės rutulio biogeocenozių dalis. Tai rodo jų aukštą prisitaikymą prie šiuolaikinių egzistavimo Žemėje sąlygų.

Žiedinių augalų (žydinčių augalų) prisitaikymai, leidę jiems užimti dominuojančią padėtį Žemėje: I. Žydinčių augalų vegetatyviniai organai pasiekia didžiausią sudėtingumą ir įvairovę. II. Žydintys augalai turi pažangesnę laidžią sistemą, kuri užtikrina geresnį vandens tiekimą augalui. III. Pirmą kartą žydintys augalai turi naują organą – gėlę. Kiaušialąstės yra uždaroje kiaušidės ertmėje, sudarytoje iš vieno ar kelių susiliejusių karpelių. Sėklos yra uždarytos vaisiuose. Atsirado dvigubas tręšimas, kuris juos ryškiai išskiria iš visų kitų augalų pasaulio grupių. IV. Svarbiausios transformacijos įvyko laidžiojoje sistemoje. Vietoj tracheidų kraujagyslės tampa pagrindiniais laidžiais ksilemo elementais, kurie žymiai pagreitina kylančios srovės judėjimą. Taigi gaubtasėkliai gavo papildomų galimybių konkurse ir galiausiai tapo „nugalėtojais“ kovoje už būvį.

III. Pasinaudoję žiniomis apie medžiagų apykaitą ir energijos virsmą žmogaus organizme, moksliškai paaiškinkite fizinio neveiklumo, streso, žalingų įpročių, persivalgymo įtaką medžiagų apykaitai. Kūnas daug medžiagų gauna iš išorės, jas apdoroja, gaudamas energiją arba tas molekules, kurių organizmui reikia savo audiniams kurti. Susidarę medžiagų apykaitos produktai pasišalina iš organizmo. Visų disimiliacijos (medžiagų skilimo išskiriant energiją) ir asimiliacijos (kūnui reikalingų medžiagų sintezės) reakcijų visuma vadinama metabolizmu. Sveikame kūne asimiliacija ir disimiliacija yra griežtai subalansuotos. Visas medžiagų apykaitos reakcijas reguliuoja nervų ir endokrininės sistemos. Metaboliniai sutrikimai yra daugelio žmonių ligų priežastis.

1. Dėl fizinio pasyvumo – sumažėjęs fizinis aktyvumas, fizinio aktyvumo stoka – mažėja raumenų, širdies ir kraujagyslių sistemos darbingumas ir dėl to atsiranda medžiagų apykaitos sutrikimai bei viso organizmo būklės pablogėjimas. Fiziniam aktyvumui nepanaudotos maistinės medžiagos kaupiasi, o tai dažnai lemia nutukimą. Prie to prisideda ir persivalgymas (2).

3. Stresas – tai apsauginė organizmo reakcija, leidžianti išgyventi pavojaus metu. Stresas mobilizuoja organizmo galimybes, lydimas hormonų išsiskyrimo, didina širdies ir kraujagyslių veiklos intensyvumą ir t.t.. Tačiau stiprus ir ypač užsitęsęs stresas gali nulemti žmogaus jėgų išeikvojimą, medžiagų apykaitos sutrikimus.

4. Nuolatinis alkoholinių gėrimų vartojimas labai stipriai neigiamai veikia medžiagų apykaitą. Alkoholikų oksiduojantis etilo alkoholis suteikia organizmui tam tikrą energijos kiekį, tačiau gamina ir labai toksiškas medžiagas, kurios naikina kepenų ir smegenų ląsteles. Palaipsniui mažėja alkoholikų apetitas, jie nustoja valgyti įprastą baltymų, riebalų ir angliavandenių kiekį, pakeičiant juos alkoholiniais gėrimais, o tai veda į organizmo destrukciją. Lėtiniams alkoholikams visada pažeidžiamos kepenys, krenta svoris, palaipsniui destrukcija raumenys.

5. Rūkymas taip pat stipriai neigiamai veikia medžiagų apykaitą, nes naikina plaučius ir neleidžia organizmui gauti reikiamo deguonies kiekio. Be to, rūkymas labai padidina tikimybę susirgti plaučių vėžiu.

6. Narkotinės medžiagos, dalyvaujančios medžiagų apykaitoje, sukelia priklausomybę, nikotino, alkoholio ir kt. vartojimo nutraukimą lydi abstinencijos simptomai – staigus savijautos pablogėjimas. Taigi atsiranda fiziologinė ir psichologinė priklausomybė nuo narkotikų.