Obstaja veliko načinov, na katere lahko oseba uporabi znanje v biologiji, tukaj je na primer nekaj (pojdimo od največjega do najmanjšega):
· Znanje okoljski zakoni omogoča uravnavanje človekove dejavnosti v mejah ohranjanja ekosistema, v katerem živi in deluje (racionalno ravnanje z okoljem);
· Botanika in genetika omogočajo povečanje produktivnosti, boj proti škodljivcem in razvoj novih, potrebnih in uporabnih sort;
· Genetika je trenutno tako tesno prepletena z zdravilo da se številne bolezni, ki so prej veljale za neozdravljive, preučujejo in preprečujejo že v embrionalnih fazah človekovega razvoja;
· Znanstveniki po vsem svetu s pomočjo mikrobiologije razvijajo serume in cepiva proti virusom ter najrazličnejša antibakterijska zdravila.
Razlike med živimi in neživimi strukturami. Lastnosti živih bitij
Biologija - veda, ki proučuje lastnosti živih sistemov. Vendar pa je zelo težko opredeliti, kaj je živi sistem. Meje med živim in neživim ni tako enostavno potegniti, kot se zdi. Poskusite odgovoriti na vprašanja: Ali so virusi živi, ko počivajo zunaj telesa gostitelja in se ne presnavljajo? Ali lahko umetni predmeti in stroji kažejo lastnosti živih bitij? Kaj pa računalniški programi? Ali jeziki?
Da bi odgovorili na ta vprašanja, lahko poskusimo izolirati minimalni niz lastnosti, značilnih za žive sisteme. Zato so znanstveniki določili več kriterijev, po katerih lahko organizem označimo za živega.
Najpomembnejši od značilne lastnosti (merila) živih bitij so naslednji:
1. Izmenjava snovi in energije z okoljem. Z vidika fizike so vsi živi sistemi odprto, to pomeni, da z okoljem nenehno izmenjujejo tako snov kot energijo, za razliko od zaprto popolnoma izoliran od zunanjega sveta in polzaprto, ki izmenjuje le energijo, ne pa tudi snovi. Kasneje bomo videli, da je ta izmenjava predpogoj za obstoj življenja.
2. Živi sistemi so sposobni kopičiti snovi, prejete iz okolja in posledično rast.
3. Sodobna biologija meni, da je temeljna lastnost živih bitij sposobnost ustvarjanja enakih (ali skoraj enakih) samorazmnoževanje, to je razmnoževanje ob ohranjanju večine lastnosti prvotnega organizma.
4. Identična samoreprodukcija je neločljivo povezana s pojmom dednost, to je prenos lastnosti in lastnosti na potomce.
5. Vendar pa dednost ni absolutna – če bi vsi hčerinski organizmi natančno kopirali svoje starše, potem evolucija ne bi bila mogoča, saj se živi organizmi ne bi nikoli spremenili. To bi pripeljalo do dejstva, da bi ob vsaki nenadni spremembi pogojev vsi umrli. Vendar je življenje izjemno prilagodljivo in organizmi se prilagajajo širokemu spektru pogojev. To je mogoče zahvaljujoč variabilnost– dejstvo, da samorazmnoževanje organizmov ni popolnoma identično, pri tem nastajajo napake in variacije, ki so lahko material za selekcijo. Obstaja določeno ravnovesje med dednostjo in variabilnostjo.
6. Variabilnost je lahko dedna in nededna. Dedna variabilnost, to je pojav novih variacij lastnosti, ki se dedujejo in utrdijo v več generacijah, služi kot material za naravna selekcija. Naravna selekcija je mogoča med vsemi reproduktivnimi objekti, ne nujno živimi, če med njimi obstaja konkurenca za omejene vire. Tisti objekti, ki so zaradi variabilnosti v danem okolju pridobili neugodne lastnosti, bodo zavrnjeni, zato se bodo v novih objektih vedno pogosteje pojavljale lastnosti, ki dajejo konkurenčno prednost v boju. To je naravna selekcija - ustvarjalni dejavnik evolucije, zahvaljujoč kateremu je nastala vsa raznolikost živih organizmov na Zemlji.
7. Živi organizmi se aktivno odzivajo na zunanje signale in izkazujejo lastnost razdražljivost.
8. Zahvaljujoč svoji sposobnosti odzivanja na spremembe zunanjih pogojev so živi organizmi sposobni prilagajanje- prilagajanje novim razmeram. Ta lastnost zlasti omogoča organizmom, da preživijo različne katastrofe in se razširijo na nova ozemlja.
9. Adaptacijo izvaja samoregulacija, to je sposobnost ohranjanja konstantnosti določenih fizikalnih in kemijskih parametrov v živem organizmu, tudi v spreminjajočih se okoljskih razmerah. Na primer, človeško telo vzdržuje stalno temperaturo, koncentracijo glukoze in številnih drugih snovi v krvi.
10. Pomembna lastnost zemeljskega življenja je diskretnost, to je diskontinuiteta: predstavljajo jo posamezni posamezniki, posamezniki so združeni v populacije, populacije v vrste itd., to pomeni, da na vseh ravneh organizacije živih bitij obstajajo ločene enote. Znanstvenofantastični roman Stanislawa Lema Solaris opisuje ogromen živi ocean, ki pokriva ves planet. Toda na Zemlji takih oblik življenja ni.
Kemična sestava živih bitij
Živi organizmi so sestavljeni iz ogromnega števila kemičnih snovi, organskih in anorganskih, polimernih in nizkomolekularnih. Veliko kemičnih elementov, ki so prisotni v okolju, najdemo v živih sistemih, a le okoli 20 jih je potrebnih za življenje. Ti elementi se imenujejo biogeni.
V procesu evolucije od anorganskih do bioorganskih snovi je osnova za uporabo nekaterih kemijskih elementov pri ustvarjanju bioloških sistemov naravna selekcija. Kot rezultat te selekcije je osnova vseh živih sistemov sestavljena iz samo šestih elementov: ogljika, vodika, kisika, dušika, fosforja, žvepla, imenovanih organogeni. Njihova vsebnost v telesu doseže 97,4%.
Organogeni so glavni kemični elementi, ki sestavljajo organske snovi: ogljik, vodik, kisik in dušik.
S kemijskega vidika lahko naravno selekcijo organogenih elementov razložimo z njihovo sposobnostjo tvorjenja kemičnih vezi: po eni strani precej močne, to je energetsko intenzivne, po drugi strani pa precej labilne, kar bi lahko zlahka podležejo hemolizi, heterolizi in ciklični prerazporeditvi.
Organogen številka ena je nedvomno ogljik. Njegovi atomi tvorijo močne kovalentne vezi med seboj ali z atomi drugih elementov. Te vezi so lahko enojne ali večkratne; zahvaljujoč tem 3 vezem lahko ogljik tvori konjugirane ali kumulirane sisteme v obliki odprtih ali zaprtih verig in ciklov.
Za razliko od ogljika organogena elementa vodik in kisik ne tvorita labilnih vezi, vendar njihova prisotnost v organski, tudi bioorganski, molekuli določa njeno sposobnost interakcije z biotopilom - vodo. Poleg tega sta vodik in kisik nosilca redoks lastnosti živih sistemov; zagotavljata enotnost redoks procesov.
Preostali trije organogeni - dušik, fosfor in žveplo, pa tudi nekateri drugi elementi - železo, magnezij, ki tvorijo aktivna središča encimov, kot je ogljik, so sposobni tvoriti labilne vezi. Pozitivna lastnost organogenov je tudi, da praviloma tvorijo spojine, ki so zlahka topne v vodi in se zato koncentrirajo v telesu.
Obstaja več klasifikacij kemičnih elementov v človeškem telesu. Tako je V.I. Vernadsky, odvisno od povprečne vsebnosti v živih organizmih, razdelil elemente v tri skupine:
1. Makroelementi. To so elementi, katerih vsebnost v telesu je višja od 10 -²%. Sem spadajo ogljik, vodik, kisik, dušik, fosfor, žveplo, kalcij, magnezij, natrij in klor, kalij in železo. To so tako imenovani univerzalni biogeni elementi, ki so prisotni v celicah vseh organizmov.
2. Mikroelementi. To so elementi, katerih vsebnost v telesu se giblje od 10 - ² do 10 - ¹²%. Sem spadajo jod, baker, arzen, fluor, brom, stroncij, barij in kobalt. Čeprav so ti elementi v organizmih prisotni v izjemno nizkih koncentracijah (ne višjih od tisočinke odstotka), so prav tako nujni za normalno življenje. Ti so biogeni mikroelementi. Njihove funkcije in vloge so zelo raznolike. Mnogi mikroelementi so del številnih encimov, vitaminov, dihalnih pigmentov, nekateri vplivajo na rast, hitrost razvoja, razmnoževanje itd.
3. Ultramikroelementi. To so elementi, katerih vsebnost v telesu je pod 10-¹²%. Sem spadajo živo srebro, zlato, uran, radij itd.
V.V. Kovalsky jih je glede na stopnjo pomembnosti kemičnih elementov za človeško življenje razdelil v tri skupine:
1. Nenadomestljivi elementi. Stalno so prisotni v človeškem telesu in so del njegovih anorganskih in organskih spojin. To so H, O, Ca, N, K, P, Na, S, Mg, Cl, C, I, Mn, Cu, Co, Zn, Fe, Mo, V. Pomanjkanje teh elementov vodi do motnje normalnega delovanja telesa.
2. Elementi nečistoč. Ti elementi so stalno prisotni v človeškem telesu, vendar njihova biološka vloga še ni vedno pojasnjena ali pa je slabo raziskana. To so 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. Elementi mikronečistoče. Najdemo jih v človeškem telesu, vendar ni podatkov o njihovi količinski vsebnosti ali biološki vlogi. To so Sc, Tl, In, La, Sm, Pr, W, Re, Tb itd. Kemični elementi, potrebni za gradnjo in delovanje celic in organizmov, se imenujejo biogeni.
Med anorganskimi snovmi in komponentami glavno mesto zasedajo - vodo.
Za vzdrževanje ionske moči in pH okolja, v katerem potekajo vitalni procesi, so potrebne določene koncentracije anorganskih ionov. Za vzdrževanje določene ionske moči in povezave puferskega medija je potrebna udeležba enojno nabitih ionov: amonij (NH4+); natrij (Na+); kalij (K+). Kationi niso zamenljivi, obstajajo posebni mehanizmi, ki vzdržujejo potrebno ravnovesje med njimi.
Anorganske spojine:
Amonijeve soli;
karbonati;
Sulfati;
Fosfati.
nekovine:
1. Klor (bazičen). V obliki anionov sodeluje pri ustvarjanju slanega okolja, včasih je del nekaterih organskih snovi.
2. Jod in njegove spojine sodelujejo pri nekaterih vitalnih procesih organskih spojin (živih organizmov). Jod je del ščitničnih hormonov (tiroksin).
3. Derivati selena. Selenocestein je del nekaterih encimov.
4. Silicij - je del hrustanca in vezi, v obliki estrov ortosilicijeve kisline, sodeluje pri šivanju polisaharidnih verig.
Številne spojine v živih organizmih so kompleksi: hem je kompleks železa s ploščato parafinsko molekulo; kobolamin
Glavna sta magnezij in kalcij kovine, razen železa, so vseprisotni v bioloških sistemih. Koncentracija magnezijevih ionov je pomembna za ohranjanje celovitosti in delovanja ribosomov, torej za sintezo beljakovin.
Magnezij je tudi del klorofila. Kalcijevi ioni sodelujejo pri celičnih procesih, vključno s krčenjem mišic. Neraztopljene soli – sodelujejo pri tvorbi nosilnih struktur:
kalcijev fosfat (v kosteh);
Karbonat (v lupinah mehkužcev).
Kovinski ioni 4. obdobja so del številnih vitalnih spojin - encimi. Nekatere beljakovine vsebujejo železo v obliki železo-žveplovih skupkov. Cinkove ione najdemo v velikem številu encimov. Mangan je del majhnega števila encimov, vendar igra pomembno vlogo v biosferi, pri fotokemični redukciji vode, zagotavlja sproščanje kisika v ozračje in dobavo elektronov v transportno verigo med fotosintezo.
Kobalt je del encimov v obliki kobalaminov (vitamin B 12).
Molibden je bistvena sestavina encima nitrodinaze (ki katalizira redukcijo atmosferskega dušika v amoniak v bakterijah, ki vežejo dušik)
Velika številka organska snov del živih organizmov: ocetna kislina; acetaldehid; etanol (so produkti in substrati biokemičnih transformacij).
Glavne skupine nizkomolekularnih spojin živih organizmov:
Aminokisline so sestavni deli beljakovin
Nukleamidi so del nukleinskih kislin
Mono in oligosaharidi so sestavni deli strukturnih tkiv
Lipidi so sestavine celičnih sten.
Poleg prejšnjih so še:
Encimski kofaktorji so bistvene sestavine velikega števila encimov in katalizirajo redoks reakcije.
Koencimi so organske spojine, ki delujejo v določenih encimskih reakcijskih sistemih. Na primer: nikotinoamidodanin dinukleatid (NAD+). V oksidirani obliki je oksidant alkoholnih skupin v karbonilne skupine, s čimer tvori redukcijsko sredstvo.
Encimski kofaktorji so kompleksne organske molekule, sintetizirane iz kompleksnih prekurzorjev, ki morajo biti prisotni kot bistvene sestavine hrane.
Za višje živali je značilno nastajanje in delovanje snovi, ki nadzorujejo živčni in endokrini sistem - hormonov in nevrotransmiterjev. Na primer, nadledvični hormon sproži oksidativno predelavo glikogena med stresno situacijo.
Mnoge rastline sintetizirajo kompleksne amine z močnimi biološkimi učinki – alkaloide.
Terpeni so spojine rastlinskega izvora, sestavine eteričnih olj in smol.
Antibiotiki so snovi mikrobiološkega izvora, ki jih izločajo posebne vrste mikroorganizmov, ki zavirajo rast drugih konkurenčnih mikroorganizmov. Njihov mehanizem delovanja je raznolik, na primer upočasnjujejo rast beljakovin v bakterijah.
MKOU"Srednja šola Novokaykent"
z. Novokajakent
Kajakentsko okrožje Republike Dagestan
OGE. Naloga 1. »Vloga biologije pri oblikovanju sodobne naravoslovne slike sveta, v praktičnih dejavnostih ljudi »
(za učence 9. razreda)
MKOU "Srednja šola Novokayakent"
Umalatova Ravganiyat Biybulatovna
Vas Novokayakent
Pojasnilo
Ta material je OGE. Vprašanja 1. »Vloga biologije pri oblikovanju sodobne naravoslovne slike sveta, v praktičnih dejavnostih ljudi« se priporoča učencem 9. razreda. Gradivo vključuje vprašanja z izbiro enega pravilnega odgovora. To gradivo lahko uporabite za pripravo na OGE. Delo obsega 12 vprašanj.
Naloge: preveriti znanje učencev in sposobnost pravilne izbire enega pravilnega odgovora na vprašanje.
Oprema: izročki s testi.
OGE. Vprašanja 1.»Vloga biologije pri oblikovanju sodobne naravoslovne slike sveta, v praktičnih dejavnostih ljudi »
1.Znanost proučuje vzorce dednosti in variabilnosti organizmov
1) genetika
2) taksonomija
3) antropologija
4) biokemija
3.Katera znanost proučuje človekovo zdravje in načine za njegovo ohranjanje?
1) valeologija
2) higiena
3) zdravilo
4) fiziologija
5. Kateri od naštetih znanstvenikov velja za utemeljitelja znanosti o genetiki?
1) I.I. Mečnikova
2) L. Pasteur
3) G. Mendel
4) C. Darwin
7. Glavni način preučevanja rastlinske celice je
1) opazovanje
2) mikroskopija
3) zamrzovanje - sekanje
4) barvanje
9. Odkrit je mehanizem biosinteze beljakovin v telesu
1) anatomi
2) fiziologi
3) biokemiki
4) ekologi
11. Postaviti hipotezo pomeni
1) potrditi znanstveno naravo pridobljenih podatkov
2) izvedite poskus
3) ugibajte
4) povzeti spreminjajoča se dejstva
Viri informacij:
1.Biologija. Splošni vzorci. 9. razred S.G. Mamontov, V.B. Zakharov, N.I. Sonin. -M .: Bustard, 2002, 288 str.
2. Enotni državni izpit iz biologije. Oddelek "Rastline, gobe, lišaji". Teorija, naloge usposabljanja: izobraževalni priročnik / A.A. Kirilenko-
Rostov n/a: Legion, 2015 - 320 str.
3. OGE 2017. Biologija: tematske naloge za usposabljanje: 9. razred/
G.I. Lerner.- Moskva: Eksmo, 2016.- 272 str.
4. OGE. Biologija: standardne izpitne možnosti: O -30 možnosti / ur. V.S. Rokhlova.-M .: Založba "Narodno izobraževanje", 2017.- 400 str.
Biologija kot znanost
Biologija(iz grščine bios- življenje, logotip- beseda, znanost) je kompleks ved o živi naravi.
Predmet biologije so vse manifestacije življenja: zgradba in funkcije živih bitij, njihova raznolikost, izvor in razvoj ter interakcija z okoljem. Glavna naloga biologije kot znanosti je razlagati vse pojave žive narave na znanstveni podlagi, ob upoštevanju, da ima celoten organizem lastnosti, ki se bistveno razlikujejo od njegovih sestavnih delov.
Izraz »biologija« najdemo v delih nemških anatomov T. Roosea (1779) in K. F. Burdacha (1800), vendar sta ga šele leta 1802 neodvisno prvič uporabila J. B. Lamarck in G. R. Treviranus za označevanje vede, ki proučuje žive organizme. .
Biološke vede
Trenutno biologija vključuje številne vede, ki jih je mogoče sistematizirati po naslednjih merilih: po predmetu in prevladujočih raziskovalnih metodah ter po stopnji organiziranosti proučevane žive narave. Glede na predmet študija se biološke vede delijo na bakteriologijo, botaniko, virologijo, zoologijo in mikologijo.
Botanika je biološka veda, ki celovito proučuje rastline in rastlinski pokrov Zemlje. Zoologija- veja biologije, veda o raznolikosti, strukturi, življenjski dejavnosti, razširjenosti in odnosu živali z okoljem, njihovem izvoru in razvoju. Bakteriologija- biološka znanost, ki preučuje strukturo in življenjsko aktivnost bakterij ter njihovo vlogo v naravi. Virologija- biološka veda, ki proučuje viruse. Glavni predmet mikologije so gobe, njihova struktura in značilnosti življenja. Lichenologija- biološka veda, ki preučuje lišaje. Bakteriologija, virologija in nekateri vidiki mikologije se pogosto obravnavajo kot del mikrobiologije - veje biologije, vede o mikroorganizmih (bakterijah, virusih in mikroskopskih glivah). Sistematika ali taksonomija, je biološka veda, ki opisuje in razvršča v skupine vsa živa in izumrla bitja.
Vsaka od naštetih bioloških ved se po vrsti deli na biokemijo, morfologijo, anatomijo, fiziologijo, embriologijo, genetiko in sistematiko (rastline, živali ali mikroorganizmi). Biokemija je veda o kemični sestavi žive snovi, kemičnih procesih, ki se pojavljajo v živih organizmih in so osnova njihove življenjske dejavnosti. Morfologija- biološka znanost, ki preučuje obliko in zgradbo organizmov ter vzorce njihovega razvoja. V širšem smislu vključuje citologijo, anatomijo, histologijo in embriologijo. Razlikovati med morfologijo živali in rastlin. Anatomija je veja biologije (natančneje morfologije), veda, ki preučuje notranjo zgradbo in obliko posameznih organov, sistemov in organizma kot celote. Anatomija rastlin je del botanike, anatomija živali del zoologije, anatomija človeka pa je posebna veda. Fiziologija- biološka veda, ki preučuje življenjske procese rastlinskih in živalskih organizmov, njihovih posameznih sistemov, organov, tkiv in celic. Obstaja fiziologija rastlin, živali in ljudi. Embriologija (razvojna biologija)- veja biologije, veda o individualnem razvoju organizma, vključno z razvojem zarodka.
Objekt genetika so zakoni dednosti in variabilnosti. Trenutno je ena najbolj dinamično razvijajočih se bioloških ved.
Glede na stopnjo organiziranosti žive narave, ki jo proučujemo, ločimo molekularno biologijo, citologijo, histologijo, organologijo, biologijo organizmov in nadorganizmske sisteme. Molekularna biologija je ena najmlajših vej biologije, veda, ki proučuje zlasti organizacijo dednih informacij in biosintezo beljakovin. Citologija ali celična biologija, je biološka veda, katere predmet preučevanja so celice enoceličnih in večceličnih organizmov. Histologija- biološka znanost, veja morfologije, katere predmet je struktura rastlinskih in živalskih tkiv. Področje organologije vključuje morfologijo, anatomijo in fiziologijo različnih organov in njihovih sistemov.
Organizemska biologija vključuje vse vede, ki se ukvarjajo z živimi organizmi, npr. etologija- veda o obnašanju organizmov.
Biologijo nadorganizmskih sistemov delimo na biogeografijo in ekologijo. Proučuje razširjenost živih organizmov biogeografija, medtem ko ekologija- organiziranost in delovanje nadorganizmskih sistemov na različnih ravneh: populacije, biocenoze (združbe), biogeocenoze (ekosistemi) in biosfera.
Glede na prevladujoče raziskovalne metode ločimo deskriptivno (na primer morfologija), eksperimentalno (na primer fiziologija) in teoretično biologijo.
Prepoznavanje in pojasnjevanje vzorcev zgradbe, delovanja in razvoja žive narave na različnih ravneh njene organiziranosti je naloga splošna biologija. Vključuje biokemijo, molekularno biologijo, citologijo, embriologijo, genetiko, ekologijo, evolucijsko znanost in antropologijo. Evolucijska doktrina proučuje vzroke, gonilne sile, mehanizme in splošne vzorce evolucije živih organizmov. Eden od njegovih razdelkov je paleontologija- veda, katere predmet so fosilni ostanki živih organizmov. Antropologija- del splošne biologije, vede o nastanku in razvoju človeka kot biološke vrste, pa tudi o raznolikosti sodobnih človeških populacij in vzorcev njihovega medsebojnega delovanja.
Uporabni vidiki biologije so vključeni v področje biotehnologije, reje in drugih hitro razvijajočih se ved. Biotehnologija je biološka veda, ki proučuje uporabo živih organizmov in bioloških procesov v proizvodnji. Široko se uporablja v prehrambeni (pekarstvo, sirarstvo, pivovarstvo itd.) in farmacevtski industriji (proizvodnja antibiotikov, vitaminov), za čiščenje vode itd. Izbira- veda o metodah ustvarjanja pasem domačih živali, sort kulturnih rastlin in sevov mikroorganizmov z lastnostmi, potrebnimi za človeka. Selekcijo razumemo tudi kot proces spreminjanja živih organizmov, ki ga izvaja človek za svoje potrebe.
Napredek biologije je tesno povezan z uspehi drugih naravoslovnih in eksaktnih ved, kot so fizika, kemija, matematika, računalništvo itd. Na primer mikroskopija, ultrazvok (ultrazvok), tomografija in druge metode biologije temeljijo na fizikalnih zakonov, preučevanje zgradbe bioloških molekul in procesov, ki potekajo v živih sistemih, pa bi bilo nemogoče brez uporabe kemijskih in fizikalnih metod. Uporaba matematičnih metod omogoča na eni strani ugotavljanje prisotnosti naravne povezave med predmeti ali pojavi, potrditev zanesljivosti dobljenih rezultatov, na drugi strani pa modeliranje pojava ali procesa. V zadnjem času postajajo v biologiji vse bolj pomembne računalniške metode, kot je modeliranje. Na stičišču biologije in drugih ved so nastale številne nove vede, kot so biofizika, biokemija, bionika itd.
Dosežki biologije
Najpomembnejši dogodki na področju biologije, ki so vplivali na celoten potek njenega nadaljnjega razvoja, so: vzpostavitev molekularne strukture DNK in njene vloge pri prenosu informacij v živi snovi (F. Crick, J. Watson, M. Wilkins); dešifriranje genetske kode (R. Holley, H. G. Korana, M. Nirenberg); odkritje strukture genov in genetske regulacije sinteze beljakovin (A. M. Lvov, F. Jacob, J. L. Monod idr.); oblikovanje celične teorije (M. Schleiden, T. Schwann, R. Virchow, K. Baer); preučevanje vzorcev dednosti in variabilnosti (G. Mendel, H. de Vries, T. Morgan itd.); oblikovanje načel sodobne sistematike (C. Linnaeus), evolucijske teorije (C. Darwin) in doktrine biosfere (V. I. Vernadsky).
"bolezen norih krav" (prioni).
Delo na programu Človeški genom, ki je potekalo hkrati v več državah in je bilo zaključeno v začetku tega stoletja, nas je pripeljalo do spoznanja, da imamo ljudje približno 25–30 tisoč genov, vendar se informacije iz večine naše DNK nikoli ne preberejo. , saj vsebuje ogromno regij in genov, ki kodirajo lastnosti, ki so za človeka izgubile pomen (rep, dlake po telesu itd.). Poleg tega so bili dešifrirani številni geni, ki so odgovorni za razvoj dednih bolezni, pa tudi tarčni geni za zdravila. Vendar pa je praktična uporaba rezultatov, pridobljenih med izvajanjem tega programa, odložena, dokler ne bodo dešifrirani genomi velikega števila ljudi in takrat bo postalo jasno, v čem so njihove razlike. Ti cilji so bili postavljeni številnim vodilnim laboratorijem po vsem svetu, ki delajo na implementaciji programa ENCODE.
Biološke raziskave so temelj medicine, farmacije, široko se uporabljajo v kmetijstvu in gozdarstvu, živilski industriji in drugih vejah človekove dejavnosti.
Znano je, da je šele »zelena revolucija« v petdesetih letih 20. stoletja omogočila vsaj delno rešitev problema oskrbe hitro rastočega prebivalstva Zemlje s hrano in živine s krmo z uvajanjem novih rastlinskih sort in naprednih tehnologij za njihovega gojenja. Ker so gensko programirane lastnosti kmetijskih pridelkov že skoraj izčrpane, je nadaljnja rešitev problema s hrano povezana s širokim uvajanjem gensko spremenjenih organizmov v pridelavo.
Tudi proizvodnja številnih živil, kot so siri, jogurti, klobase, pekovski izdelki ipd., je nemogoča brez uporabe bakterij in gliv, kar je predmet biotehnologije.
Poznavanje narave patogenov, procesov številnih bolezni, mehanizmov imunosti, vzorcev dednosti in variabilnosti je omogočilo znatno zmanjšanje umrljivosti in celo popolno izkoreninjenje številnih bolezni, kot so črne koze. S pomočjo najnovejših dosežkov biološke znanosti se rešuje tudi problem človeške reprodukcije.
Precejšen del sodobnih zdravil je proizveden na osnovi naravnih surovin, pa tudi zahvaljujoč uspehom genskega inženiringa, kot je na primer inzulin, tako potreben za bolnike s sladkorno boleznijo, sintetizirajo predvsem bakterije, ki jim ustrezen gen je bil prenesen.
Biološke raziskave niso nič manj pomembne za ohranjanje okolja in pestrosti živih organizmov, katerih grožnja izumrtja postavlja pod vprašaj obstoj človeštva.
Največji pomen med dosežki biologije ima dejstvo, da so celo osnova za gradnjo nevronskih mrež in genetske kode v računalniški tehnologiji, široko pa se uporabljajo tudi v arhitekturi in drugih panogah. Brez dvoma je 21. stoletje stoletje biologije.
Metode spoznavanja žive narave
Kot vsaka druga znanost ima tudi biologija svoj arzenal metod. Poleg znanstvene metode spoznavanja, ki se uporablja na drugih področjih, se v biologiji pogosto uporabljajo metode, kot so zgodovinska, primerjalno-opisna itd.
Znanstvena metoda spoznavanja vključuje opazovanje, postavljanje hipotez, eksperiment, modeliranje, analizo rezultatov in izpeljavo splošnih vzorcev.
Opazovanje- to je namensko zaznavanje predmetov in pojavov s čutili ali instrumenti, ki jih določa naloga dejavnosti. Glavni pogoj za znanstveno opazovanje je njegova objektivnost, to je zmožnost preverjanja podatkov, pridobljenih s ponovnim opazovanjem ali uporabo drugih raziskovalnih metod, kot je eksperiment. Dejstva, pridobljena kot rezultat opazovanja, se imenujejo podatke. Lahko so kot visoka kvaliteta(opisovanje vonja, okusa, barve, oblike itd.) in kvantitativno, kvantitativni podatki pa so natančnejši od kvalitativnih podatkov.
Na podlagi opazovalnih podatkov je oblikovana hipoteza- domnevna sodba o naravni povezanosti pojavov. Hipotezo preverimo v seriji poskusov. Eksperiment se imenuje znanstveno izveden eksperiment, opazovanje pojava, ki se proučuje pod nadzorovanimi pogoji, kar omogoča identifikacijo značilnosti danega predmeta ali pojava. Najvišja oblika eksperimenta je manekenstvo- preučevanje kakršnih koli pojavov, procesov ali sistemov objektov z gradnjo in proučevanjem njihovih modelov. V bistvu je to ena glavnih kategorij teorije znanja: vsaka metoda znanstvenega raziskovanja, tako teoretična kot eksperimentalna, temelji na ideji modeliranja.
Eksperimentalni in simulacijski rezultati so predmet natančne analize. Analiza imenovana metoda znanstvenega raziskovanja z razgradnjo predmeta na sestavne dele ali miselnim razkosanjem predmeta z logično abstrakcijo. Analiza je neločljivo povezana s sintezo. Sinteza je metoda preučevanja predmeta v njegovi celovitosti, v enotnosti in medsebojni povezanosti njegovih delov. Kot rezultat analize in sinteze postane najuspešnejša raziskovalna hipoteza delovna hipoteza, in če zdrži poskuse njenega ovrženja in še vedno uspešno napoveduje prej nepojasnjena dejstva in razmerja, potem lahko postane teorija.
Spodaj teorija razumeti obliko znanstvenega znanja, ki daje celovito predstavo o vzorcih in bistvenih povezavah realnosti. Splošna usmeritev znanstvenega raziskovanja je doseganje višjih stopenj predvidljivosti. Če nobeno dejstvo ne more spremeniti teorije in so odstopanja od nje redna in predvidljiva, potem jo lahko povzdignemo v pravo- nujno, bistveno, stabilno, ponavljajoče se razmerje med pojavi v naravi.
Ko se obseg znanja povečuje in raziskovalne metode izboljšujejo, lahko hipoteze in dobro uveljavljene teorije izpodbijamo, spreminjamo in celo zavračamo, saj je samo znanstveno znanje po naravi dinamično in nenehno podvrženo kritični reinterpretaciji.
Zgodovinska metoda razkriva vzorce videza in razvoja organizmov, nastanek njihove strukture in delovanja. V številnih primerih s pomočjo te metode hipoteze in teorije, ki so prej veljale za napačne, dobijo novo življenje. To se je na primer zgodilo s predpostavkami Charlesa Darwina o naravi prenosa signala v rastlini kot odgovor na vplive okolja.
Primerjalno-deskriptivna metoda omogoča anatomsko in morfološko analizo raziskovalnih predmetov. Temelji na razvrščanju organizmov, prepoznavanju vzorcev nastanka in razvoja različnih oblik življenja.
Spremljanje je sistem ukrepov za opazovanje, ocenjevanje in napovedovanje sprememb v stanju proučevanega predmeta, zlasti biosfere.
Izvajanje opazovanj in poskusov pogosto zahteva uporabo posebne opreme, kot so mikroskopi, centrifuge, spektrofotometri itd.
Mikroskopija se pogosto uporablja v zoologiji, botaniki, človeški anatomiji, histologiji, citologiji, genetiki, embriologiji, paleontologiji, ekologiji in drugih vejah biologije. Omogoča preučevanje fine strukture predmetov s svetlobnimi, elektronskimi, rentgenskimi in drugimi vrstami mikroskopov.
Naprava za svetlobni mikroskop. Svetlobni mikroskop je sestavljen iz optičnega in mehanskega dela. V prvi so okular, objektivi in zrcalo, v drugi pa tubus, stojalo, podstavek, mizica in vijak.
Skupna povečava mikroskopa se določi po formuli:
povečava leče $×$ povečava okularja $-$ povečava mikroskopa.
Na primer, če leča poveča predmet za $8$-krat, okular pa za $7$, potem je skupna povečava mikroskopa $56$.
Diferencialno centrifugiranje, oz frakcioniranje, omogoča ločevanje delcev glede na njihovo velikost in gostoto pod vplivom centrifugalne sile, ki se aktivno uporablja pri preučevanju strukture bioloških molekul in celic.
Arzenal bioloških metod se nenehno posodablja in trenutno ga je skoraj nemogoče v celoti pokriti. Zato bodo v nadaljevanju obravnavane nekatere metode, ki se uporabljajo v posameznih bioloških vedah.
Vloga biologije pri oblikovanju sodobne naravoslovne slike sveta
V fazi svojega nastanka biologija še ni obstajala ločeno od drugih naravoslovnih ved in je bila omejena le na opazovanje, proučevanje, opisovanje in razvrščanje predstavnikov živalskega in rastlinskega sveta, torej je bila deskriptivna veda. Vendar pa to ni preprečilo starim naravoslovcem Hipokratu (ok. 460–377 pr. n. št.), Aristotelu (384–322 pr. n. št.) in Teofrastu (pravo ime Tirtham, 372–287 pr. n. št.), da bi pomembno prispevali k razvoju predstave o zgradbi človeškega telesa in živali, pa tudi o biološki pestrosti živali in rastlin, s čimer je postavil temelje anatomije in fiziologije človeka, zoologije in botanike.
Poglabljanje znanja o živi naravi in sistematizacija prej nabranih dejstev, ki se je zgodila v 16.–18. stoletju, je doseglo vrhunec z uvedbo binarne nomenklature in ustvarjanjem harmonične taksonomije rastlin (C. Linnaeus) in živali (J. B. Lamarck). ).
Opis velikega števila vrst s podobnimi morfološkimi značilnostmi in paleontološke najdbe so postali predpogoj za razvoj idej o izvoru vrst in poteh zgodovinskega razvoja organskega sveta. Tako so poskusi F. Redija, L. Spallanzanija in L. Pasteurja v 17.–19. stoletju ovrgli hipotezo o spontani generaciji, ki jo je postavil Aristotel in je bila razširjena v srednjem veku, ter teorijo biokemične evolucije A. I. Oparina in J. Haldane, ki sta ga briljantno potrdila S. Miller in G. Yuri, nam je omogočil odgovor na vprašanje o izvoru vseh živih bitij.
Če proces nastanka živih bitij iz neživih sestavin in njegov razvoj sam po sebi ne vzbujata več dvomov, potem mehanizmi, poti in smeri zgodovinskega razvoja organskega sveta še vedno niso povsem razumljeni, saj nobeno od obeh glavne konkurenčne teorije evolucije (sintetična teorija evolucije, nastala na podlagi teorije C. Darwina in teorija J. B. Lamarcka) še vedno ne morejo zagotoviti celovitih dokazov.
Uporaba mikroskopije in drugih metod sorodnih ved je zaradi napredka na področju drugih naravoslovnih ved ter uvajanja eksperimentalne prakse omogočila nemškima znanstvenikoma T. Schwannu in M. Schleidenu, da sta že v 19. stoletju oblikovala celično teorijo. 19. stol., ki sta jo kasneje dopolnila R. Virchow in K. Baer. Postala je najpomembnejša posplošitev v biologiji, ki je bila temelj sodobnih idej o enotnosti organskega sveta.
Odkritje vzorcev prenosa dednih informacij s strani češkega meniha G. Mendela je služilo kot spodbuda za nadaljnji hiter razvoj biologije v 20.–21. stoletju in pripeljalo ne le do odkritja univerzalnega nosilca dednosti - DNK, ampak tudi genetsko kodo, pa tudi temeljne mehanizme nadzora, branja in variabilnosti dednih informacij .
Razvoj idej o okolju je privedel do nastanka znanosti, kot je ekologija, in formulacije učenja o biosferi kot zapleten večkomponentni planetarni sistem medsebojno povezanih ogromnih bioloških kompleksov, pa tudi kemijskih in geoloških procesov, ki se dogajajo na Zemlji (V. I. Vernadsky), kar na koncu omogoča vsaj malo zmanjšanje negativnih posledic človekove gospodarske dejavnosti.
Tako je imela biologija pomembno vlogo pri oblikovanju sodobne naravoslovne slike sveta.
Nivojska organizacija in razvoj. Glavne ravni organizacije žive narave: celična, organizmska, populacijsko-vrstna, biogeocenotska, biosferna. Biološki sistemi. Splošne značilnosti bioloških sistemov: celična zgradba, značilnosti kemijske sestave, presnova in pretvorba energije, homeostaza, razdražljivost, gibanje, rast in razvoj, razmnoževanje, evolucija
Nivojska organizacija in razvoj
Živa narava ni homogena tvorba, kot je kristal, ampak je predstavljena z neskončno različnimi sestavnimi predmeti (samo okoli 2 milijona vrst organizmov je trenutno opisanih). Hkrati pa ta raznolikost ni dokaz, da v njej vlada kaos, saj imajo organizmi celično zgradbo, organizmi iste vrste tvorijo populacije, vse populacije, ki živijo na enem kosu zemlje ali vode, tvorijo skupnosti in v interakciji s telesi nežive narave tvorijo biogeocenoze, ki tvorijo biosfero.
Tako je živa narava sistem, katerega sestavne dele lahko razporedimo v strogem vrstnem redu: od nižjega do višjega. To načelo organizacije omogoča razlikovanje posameznika stopnje in daje celovito razumevanje življenja kot naravnega pojava. Na vsaki ravni organiziranosti sta določena osnovna enota in elementarni pojav. Kot elementarna enota upoštevajte strukturo ali objekt, spremembe v katerem predstavljajo prispevek, specifičen za ustrezno raven v procesu ohranjanja in razvoja življenja, medtem ko je ta sprememba sama elementarni pojav.
Oblikovanje takšne večnivojske strukture se ni moglo zgoditi takoj - to je rezultat milijard let zgodovinskega razvoja, med katerim je prišlo do progresivnega zapleta življenjskih oblik: od kompleksov organskih molekul do celic, od celic do organizmov, itd. Ko se oblikuje, ta struktura ohranja svoj obstoj zaradi zapletenega regulativnega sistema in se še naprej razvija, na vsaki od ravni organizacije žive snovi pa se pojavijo ustrezne evolucijske transformacije.
Glavne ravni organizacije žive narave: celična, organizmska, populacijsko-vrstna, biogeocenotska, biosferna.
Trenutno obstaja več glavnih ravni organizacije žive snovi: celična, organizmska, populacijsko-vrstna, biogeocenotska in biosferna.
Celična raven
Čeprav so manifestacije nekaterih lastnosti živih bitij že posledica medsebojnega delovanja bioloških makromolekul (beljakovine, nukleinske kisline, polisaharidi itd.), je enota strukture, delovanja in razvoja živih bitij celica, ki je sposobna prenašati ven in spajanje procesov implementacije in prenosa dednih informacij z metabolizmom in pretvorbo energije, s čimer se zagotovi delovanje višjih ravni organizacije. Osnovna enota celičnega nivoja organizacije je celica, elementarni pojav pa so reakcije celičnega metabolizma.
Organizemski ravni
Organizem je celovit sistem, ki je sposoben samostojnega obstoja. Glede na število celic, ki sestavljajo organizme, jih delimo na enocelične in večcelične. Celična raven organizacije pri enoceličnih organizmih (amoeba vulgaris, zelena evglena itd.) sovpada z organizmsko ravnjo. V zgodovini Zemlje je bilo obdobje, ko so bili vsi organizmi predstavljeni le z enoceličnimi oblikami, vendar so zagotavljali delovanje tako biogeocenoz kot biosfere kot celote. Večino večceličnih organizmov predstavlja skupek tkiv in organov, ki imajo posledično tudi celično strukturo. Organi in tkiva so prilagojeni za opravljanje določenih funkcij. Osnovna enota tega nivoja je posameznik v njegovem individualnem razvoju oziroma ontogenezi, zato imenujemo tudi organski nivo. ontogenetski. Elementarni pojav na tej ravni so spremembe v telesu v njegovem individualnem razvoju.
Populacijsko-vrstna raven
Prebivalstvo- to je zbirka posameznikov iste vrste, ki se prosto križajo med seboj in živijo ločeno od drugih podobnih skupin posameznikov.
V populacijah poteka prosta izmenjava dednih informacij in njihov prenos na potomce. Populacija je elementarna enota populacijsko-vrstne ravni, elementarni pojav pa so v tem primeru evolucijske transformacije, kot so mutacije in naravna selekcija.
Biogeocenotska raven
Biogeocenoza je zgodovinsko vzpostavljena skupnost populacij različnih vrst, ki so med seboj in okoljem povezane s presnovo in energijo.
Biogeocenoze so osnovni sistemi, v katerih poteka materialni in energetski cikel, ki ga določa vitalna aktivnost organizmov. Same biogeocenoze so elementarne enote določene ravni, elementarni pojavi pa so tokovi energije in cikli snovi v njih. Biogeocenoze sestavljajo biosfero in določajo vse procese, ki se v njej dogajajo.
Raven biosfere
Biosfera- lupina Zemlje, naseljena z živimi organizmi in preoblikovana z njimi.
Biosfera je najvišja raven organizacije življenja na planetu. Ta lupina pokriva spodnji del atmosfere, hidrosfero in zgornjo plast litosfere. Biosfera je tako kot vsi drugi biološki sistemi dinamična in jo živa bitja aktivno spreminjajo. Sama je osnovna enota ravni biosfere, procesi kroženja snovi in energije, ki se pojavljajo s sodelovanjem živih organizmov, pa se štejejo za elementarni pojav.
Kot že omenjeno, vsaka od ravni organizacije žive snovi prispeva k enemu samemu evolucijskemu procesu: v celici se ne samo reproducira vgrajena dedna informacija, temveč se pojavi tudi njena sprememba, kar vodi v nastanek novih kombinacij značilnosti in lastnosti organizma, ki pa so podvržene delovanju naravne selekcije na populacijsko-vrstni ravni itd.
Biološki sistemi
Biološki objekti različnih stopenj kompleksnosti (celice, organizmi, populacije in vrste, biogeocenoze in sama biosfera) se trenutno obravnavajo kot biološki sistemi.
Sistem je enotnost strukturnih komponent, katerih interakcija povzroči nove lastnosti v primerjavi z njihovo mehansko celoto. Organizmi so torej sestavljeni iz organov, organe tvorijo tkiva, tkiva pa celice.
Značilnosti bioloških sistemov so njihova celovitost, nivojski princip organiziranosti, kot je opisano zgoraj, in odprtost. Celovitost bioloških sistemov v veliki meri dosežemo s samoregulacijo, ki deluje na principu povratne zveze.
TO odprti sistemi vključujejo sisteme, med katerimi poteka izmenjava snovi, energije in informacij med njimi in okoljem, na primer rastline v procesu fotosinteze zajemajo sončno svetlobo in absorbirajo vodo in ogljikov dioksid, pri čemer sproščajo kisik.
Splošne značilnosti bioloških sistemov: celična zgradba, značilnosti kemijske sestave, presnova in pretvorba energije, homeostaza, razdražljivost, gibanje, rast in razvoj, razmnoževanje, evolucija
Biološki sistemi se od teles nežive narave razlikujejo po nizu znakov in lastnosti, med katerimi so glavne celična zgradba, kemična sestava, metabolizem in pretvorba energije, homeostaza, razdražljivost, gibanje, rast in razvoj, razmnoževanje in evolucija.
Osnovna strukturna in funkcionalna enota živega bitja je celica. Tudi virusi, ki spadajo med necelične oblike življenja, niso sposobni samorazmnoževanja zunaj celic.
Obstajata dve vrsti celične strukture: prokariontski in evkariontski. Prokariontske celice nimajo oblikovanega jedra; njihova genetska informacija je skoncentrirana v citoplazmi. Prokarionti vključujejo predvsem bakterije. Genetske informacije v evkariontskih celicah so shranjene v posebni strukturi – jedru. Evkarionti vključujejo rastline, živali in glive. Če so v enoceličnih organizmih vse manifestacije življenja neločljivo povezane s celico, potem v večceličnih organizmih pride do specializacije celic.
V živih organizmih ni nobenega kemičnega elementa, ki ga ne bi bilo v neživi naravi, vendar se njihove koncentracije v prvem in drugem primeru bistveno razlikujejo. V živi naravi prevladujejo elementi, kot so ogljik, vodik in kisik, ki so del organskih spojin, medtem ko so za neživo naravo značilne predvsem anorganske snovi. Najpomembnejše organske spojine so nukleinske kisline in beljakovine, ki zagotavljajo funkcijo samorazmnoževanja in samovzdrževanja, vendar nobena od teh snovi ni nosilec življenja, saj se ne posamično ne v skupini ne morejo samorazmnoževati - to zahteva celovit kompleks molekul in struktur, ki je celica.
Vsi živi sistemi, vključno s celicami in organizmi, so odprti sistemi. Za razliko od nežive narave, kjer prihaja predvsem do prenosa snovi z enega mesta na drugo ali do spremembe njihovega agregatnega stanja, so živa bitja sposobna kemijske pretvorbe zaužitih snovi in porabe energije. Presnova in pretvorba energije sta povezana s procesi, kot so prehrana, dihanje in izločanje.
Spodaj hrano običajno razumejo vnos v telo, prebavo in asimilacijo snovi, potrebnih za obnavljanje energijskih zalog in izgradnjo telesa telesa. Glede na način prehranjevanja se vsi organizmi delijo na avtotrofi in heterotrofi.
Avtotrofi- to so organizmi, ki so sposobni sintetizirati organske snovi iz anorganskih.
Heterotrofi- To so organizmi, ki za hrano uživajo že pripravljene organske snovi. Avtotrofe delimo na fotoavtotrofe in kemoavtotrofe. Fotoavtotrofi uporabljajo energijo sončne svetlobe za sintezo organskih snovi. Imenuje se proces pretvorbe svetlobne energije v energijo kemičnih vezi organskih spojin fotosinteza. Velika večina rastlin in nekatere bakterije (na primer cianobakterije) so fotoavtotrofi. Na splošno fotosinteza ni zelo produktiven proces, zaradi česar je večina rastlin prisiljena voditi pritrjen življenjski slog. Kemoavtotrofi pridobivajo energijo za sintezo organskih spojin iz anorganskih spojin. Ta proces se imenuje kemosinteza. Tipični kemoavtotrofi so nekatere bakterije, vključno z žveplovimi in železovimi bakterijami.
Preostali organizmi - živali, glive in velika večina bakterij - so heterotrofi.
Dihanje je proces razgradnje organskih snovi na enostavnejše, pri čemer se sprosti energija, potrebna za ohranjanje življenja organizmov.
Razlikovati aerobno dihanje, ki potrebuje kisik, in anaerobno, ki se pojavi brez sodelovanja kisika. Večina organizmov je aerobnih, čeprav anaerobi najdemo tudi med bakterijami, glivami in živalmi. Z dihanjem kisika se lahko kompleksne organske snovi razgradijo na vodo in ogljikov dioksid.
Izločanje se običajno nanaša na odstranjevanje iz telesa presnovnih končnih produktov in presežkov različnih snovi (vode, soli itd.), ki jih prejmemo s hrano ali nastanejo v njej. Posebno intenzivni so procesi izločanja pri živalih, medtem ko so rastline izjemno varčne.
Zahvaljujoč metabolizmu in energiji je zagotovljen odnos telesa z okoljem in vzdrževanje homeostaze.
Homeostaza- to je sposobnost bioloških sistemov, da prenesejo spremembe in ohranijo relativno konstantnost kemične sestave, strukture in lastnosti ter zagotovijo stalnost delovanja v spreminjajočih se okoljskih razmerah. Prilagajanje na spreminjajoče se okoljske razmere imenujemo prilagajanje.
razdražljivost- to je univerzalna lastnost živih bitij, da se odzivajo na zunanje in notranje vplive, kar je osnova za prilagajanje organizma na razmere v okolju in njegovo preživetje. Reakcija rastlin na spremembe zunanjih pogojev je na primer obračanje listnih plošč proti svetlobi, pri večini živali pa ima bolj zapletene oblike, ki so refleksne narave.
Premikanje- sestavna lastnost bioloških sistemov. Ne kaže se le v obliki gibanja teles in njihovih delov v prostoru, na primer kot odziv na draženje, temveč tudi v procesu rasti in razvoja.
Novi organizmi, ki nastanejo kot posledica razmnoževanja, od svojih staršev ne dobijo že pripravljenih lastnosti, ampak določene genetske programe, možnost razvoja določenih lastnosti. Ta dedna informacija se realizira med individualnim razvojem. Individualni razvoj se praviloma izraža v kvantitativnih in kvalitativnih spremembah v telesu. Količinske spremembe v telesu imenujemo rast. Kažejo se na primer v obliki povečanja mase in linearnih dimenzij organizma, ki temelji na razmnoževanju molekul, celic in drugih bioloških struktur.
Razvoj organizma- to je pojav kvalitativnih razlik v strukturi, zaplet funkcij itd., Ki temelji na diferenciaciji celic.
Rast organizmov se lahko nadaljuje vse življenje ali pa se konča na določeni stopnji. V prvem primeru govorimo o neomejeno, oz odprta rast. Značilen je za rastline in glive. V drugem primeru imamo opravka omejeno, ali zaprta rast, značilna za živali in bakterije.
Trajanje obstoja posamezne celice, organizma, vrste in drugih bioloških sistemov je časovno omejeno predvsem zaradi vpliva okoljskih dejavnikov, zato je potrebno nenehno razmnoževanje teh sistemov. Razmnoževanje celic in organizmov temelji na procesu samopodvajanja molekul DNA. Razmnoževanje organizmov zagotavlja obstoj vrste, razmnoževanje vseh vrst, ki naseljujejo Zemljo, pa zagotavlja obstoj biosfere.
Dednost imenujemo prenos značilnosti starševskih oblik skozi več generacij.
Če pa bi se lastnosti med razmnoževanjem ohranile, bi bilo prilagajanje spremenjenim okoljskim razmeram nemogoče. V zvezi s tem se je pojavila lastnost, ki je nasprotna dednosti - variabilnost.
Variabilnost- to je možnost pridobivanja novih značilnosti in lastnosti tekom življenja, kar zagotavlja razvoj in preživetje najbolj prilagojenih vrst.
Evolucija je nepovraten proces zgodovinskega razvoja živih bitij.
Temelji na progresivno razmnoževanje, dedna variabilnost, boj za obstoj in naravna selekcija. Delovanje teh dejavnikov je privedlo do velike raznolikosti življenjskih oblik, prilagojenih različnim okoljskim razmeram. Progresivna evolucija je šla skozi več stopenj: predcelične oblike, enocelični organizmi, vse bolj zapleteni večcelični organizmi do človeka.
Genetika, njene naloge. Dednost in variabilnost sta lastnosti organizmov. Genetske metode. Osnovni genetski pojmi in simbolika. Kromosomska teorija dednosti. Sodobne predstave o genu in genomu
Genetika, njene naloge
Napredek naravoslovja in celične biologije v 18.–19. stoletju je številnim znanstvenikom omogočil domneve o obstoju nekaterih dednih dejavnikov, ki določajo na primer razvoj dednih bolezni, vendar te domneve niso bile podprte z ustreznimi dokazi. Tudi teorija znotrajcelične pangeneze, ki jo je leta 1889 oblikoval H. de Vries, ki je predpostavljala obstoj v celičnem jedru določenih »pangenov«, ki določajo dedne nagnjenosti organizma, in sproščanje v protoplazmo le tistih izmed njih, ki določajo vrsta celice, ni mogla spremeniti situacije, kot tudi teorija "zarodne plazme" A. Weissmana, po kateri lastnosti, pridobljene v procesu ontogeneze, niso podedovane.
Šele dela češkega raziskovalca G. Mendela (1822–1884) so postala temelj sodobne genetike. Toda kljub dejstvu, da so bila njegova dela citirana v znanstvenih publikacijah, njegovi sodobniki nanje niso bili pozorni. In šele ponovno odkritje vzorcev neodvisnega dedovanja s strani treh znanstvenikov hkrati - E. Chermaka, K. Corrensa in H. de Vriesa - je prisililo znanstveno skupnost, da se obrne k izvoru genetike.
Genetika je veda, ki proučuje vzorce dednosti in variabilnosti ter metode za njihovo obvladovanje.
Naloge genetike na sedanji stopnji so preučevanje kvalitativnih in kvantitativnih značilnosti dednega materiala, analiza strukture in delovanja genotipa, dešifriranje fine strukture gena in metode za uravnavanje genske aktivnosti, iskanje genov, ki povzročajo razvoj dednih človeških bolezni in metode za njihovo »popravljanje«, ustvarjanje nove generacije zdravil po tipu DNK cepiv, konstrukcija z uporabo genskega in celičnega inženiringa organizmov z novimi lastnostmi, ki bi lahko proizvajali zdravila in živila, ki jih potrebuje človek, kot tudi kot popolno dešifriranje človeškega genoma.
Dednost in variabilnost - lastnosti organizmov
Dednost je sposobnost organizmov, da svoje značilnosti in lastnosti prenašajo skozi vrsto generacij.
Variabilnost- sposobnost organizmov, da tekom življenja pridobijo nove lastnosti.
Znaki- to so vse morfološke, fiziološke, biokemične in druge značilnosti organizmov, po katerih se nekateri razlikujejo od drugih, na primer barva oči. Lastnosti imenujemo tudi vse funkcionalne značilnosti organizmov, ki temeljijo na določeni strukturni značilnosti ali skupini elementarnih značilnosti.
Značilnosti organizmov lahko razdelimo na kakovosti in kvantitativno. Kvalitativni znaki imajo dve ali tri kontrastne manifestacije, ki se imenujejo alternativni znaki, na primer modre in rjave barve oči, kvantitativne (mlečnost krav, pridelek pšenice) pa nimajo jasno opredeljenih razlik.
Materialni nosilec dednosti je DNK. Pri evkariontih obstajata dve vrsti dednosti: genotipsko in citoplazemski. Nosilci genotipske dednosti so lokalizirani v jedru in bodo o njih še razpravljali, medtem ko so nosilci citoplazemske dednosti krožne molekule DNK, ki se nahajajo v mitohondrijih in plastidih. Citoplazemska dednost se prenaša predvsem z jajčecem, zato se tudi imenuje materinski.
Majhno število genov je lokaliziranih v mitohondrijih človeških celic, vendar lahko njihove spremembe pomembno vplivajo na razvoj organizma, na primer vodijo v razvoj slepote ali postopno zmanjšanje mobilnosti. Plastidi igrajo enako pomembno vlogo v življenju rastlin. Tako so lahko na nekaterih območjih lista prisotne celice brez klorofila, kar po eni strani vodi do zmanjšanja produktivnosti rastlin, po drugi strani pa so takšni pestri organizmi cenjeni v dekorativni krajini. Takšni primerki se razmnožujejo predvsem nespolno, saj pri spolnem razmnoževanju pogosto nastanejo navadne zelene rastline.
Genetske metode
1. Hibridološka metoda ali metoda križanj je sestavljena iz izbire starševskih osebkov in analize potomcev. V tem primeru se genotip organizma ocenjuje po fenotipskih manifestacijah genov v potomcih, pridobljenih z določeno shemo križanja. To je najstarejša informativna metoda genetike, ki jo je najbolj v celoti prvi uporabil G. Mendel v kombinaciji s statistično metodo. Ta metoda ni uporabna v človeški genetiki iz etičnih razlogov.
2. Citogenetska metoda temelji na preučevanju kariotipa: števila, oblike in velikosti kromosomov organizma. Študija teh značilnosti nam omogoča prepoznavanje različnih razvojnih patologij.
3. Biokemična metoda vam omogoča, da določite vsebnost različnih snovi v telesu, zlasti njihov presežek ali pomanjkanje, pa tudi aktivnost številnih encimov.
4. Molekularne genetske metode so namenjene prepoznavanju variacij v strukturi in dešifriranju primarnega nukleotidnega zaporedja preučevanih odsekov DNK. Omogočajo prepoznavanje genov za dedne bolezni že pri zarodkih, ugotavljanje očetovstva itd.
5. Populacijska statistična metoda omogoča ugotavljanje genetske sestave populacije, pogostnosti določenih genov in genotipov, genetske obremenitve ter oriše perspektive razvoja populacije.
6. Metoda hibridizacije somatskih celic v kulturi omogoča določitev lokalizacije določenih genov v kromosomih med fuzijo celic različnih organizmov, na primer miši in hrčka, miši in človeka itd.
Osnovni genetski pojmi in simbolika
Gene- to je del molekule DNK ali kromosoma, ki nosi informacijo o določeni lastnosti ali lastnosti organizma.
Nekateri geni lahko vplivajo na manifestacijo več lastnosti hkrati. Ta pojav se imenuje pleiotropija. Na primer, gen, ki povzroča razvoj dedne bolezni arahnodaktilije (pajkovi prsti), povzroča tudi ukrivljenost leče in patologije številnih notranjih organov.
Vsak gen zaseda strogo določeno mesto na kromosomu - lokus. Ker so v somatskih celicah večine evkariontskih organizmov kromosomi seznanjeni (homologni), vsak od seznanjenih kromosomov vsebuje eno kopijo gena, ki je odgovoren za določeno lastnost. Takšni geni se imenujejo alelen.
Alelni geni najpogosteje obstajajo v dveh različicah - dominantni in recesivni. Dominantna imenujemo alel, ki se manifestira ne glede na to, kateri gen se nahaja na drugem kromosomu, in zavira razvoj lastnosti, ki jo kodira recesivni gen. Dominantni aleli so običajno označeni z velikimi črkami latinske abecede (A, B, C itd.), Recesivni aleli pa z malimi črkami (a, b, c itd.). Recesivno aleli se lahko izrazijo le, če zavzamejo lokuse na obeh parnih kromosomih.
Organizem, ki ima na obeh homolognih kromosomih enake alele, se imenuje homozigoten za ta gen, oz homozigoten(AA, aa, AABB, aabb itd.) in organizem, ki ima različne genske različice na obeh homolognih kromosomih – dominantnem in recesivnem – se imenuje heterozigot za ta gen, oz heterozigot(Aa, AaBb itd.).
Številni geni imajo lahko tri ali več strukturnih različic, na primer krvne skupine po sistemu AB0 so kodirane s tremi aleli - I A, I B, tj. Ta pojav se imenuje večkratni alelizem. Vendar tudi v tem primeru vsak kromosom v paru nosi samo en alel, torej vseh treh genskih variant ni mogoče zastopati v enem organizmu.
Genom- niz genov, značilnih za haploidni nabor kromosomov.
Genotip- niz genov, značilnih za diploidni niz kromosomov.
Fenotip- niz značilnosti in lastnosti organizma, ki je rezultat interakcije genotipa in okolja.
Ker se organizmi med seboj razlikujejo po številnih lastnostih, lahko vzorce njihovega dedovanja ugotovimo le z analizo dveh ali več lastnosti pri potomcih. Križanje, pri katerem se upošteva dedovanje in se izvede natančno kvantitativno štetje potomcev po enem paru alternativnih lastnosti, se imenuje monohibrid m, v dveh parih - dihibrid, glede na večje število znakov - polihibrid.
Na podlagi fenotipa posameznika ni vedno mogoče določiti njegovega genotipa, saj bo tako organizem, homozigoten za dominantni gen (AA) kot heterozigoten (Aa), imel manifestacijo dominantnega alela v fenotipu. Zato za preverjanje genotipa organizma z navzkrižno oploditvijo uporabljajo testni križ- križanje, pri katerem se organizem z dominantno lastnostjo križa z enim homozigotnim za recesivni gen. V tem primeru organizem, ki je homozigoten za dominantni gen, ne bo povzročil razcepitve v potomcih, medtem ko je v potomcih heterozigotnih osebkov enako število osebkov s dominantnimi in recesivnimi lastnostmi.
Za zapisovanje shem križanj se najpogosteje uporabljajo naslednje konvencije:
R (iz lat. parenta- starši) - starševski organizmi;
$♀$ (alkimistično znamenje Venere - ogledalo z ročajem) - materinski primerek;
$♂$ (alkimistični znak Marsa - ščit in kopje) - očetovski posameznik;
$×$ - znak prehoda;
F 1, F 2, F 3 itd. - hibridi prve, druge, tretje in naslednjih generacij;
F a - potomci iz analizirajočega križa.
Kromosomska teorija dednosti
Utemeljitelj genetike G. Mendel, pa tudi njegovi najbližji privrženci, niso imeli niti najmanjšega pojma o materialni osnovi dednih nagnjenj oziroma genov. Vendar pa sta že v letih 1902–1903 nemški biolog T. Boveri in ameriški študent W. Satton neodvisno predlagala, da vedenje kromosomov med celičnim zorenjem in oploditvijo omogoča razlago cepitve dednih dejavnikov po Mendelu, tj. po njihovem mnenju se morajo geni nahajati na kromosomih. Te predpostavke so postale temelj kromosomske teorije dednosti.
Leta 1906 sta angleška genetika W. Bateson in R. Punnett odkrila kršitev mendelske segregacije pri križanju sladkega graha, njihov rojak L. Doncaster pa je v poskusih z metuljem kosmulje odkril dedovanje, vezano na spol. Rezultati teh poskusov so bili očitno v nasprotju z Mendelskimi, toda če upoštevamo, da je bilo do takrat že znano, da število znanih značilnosti za eksperimentalne objekte daleč presega število kromosomov, kar je nakazovalo, da vsak kromosom nosi več kot en gen, in geni enega kromosoma se dedujejo skupaj.
Leta 1910 so se začeli poskusi skupine T. Morgana na novem poskusnem objektu - sadni mušici Drosophila. Rezultati teh poskusov so do sredine 20. let 20. stoletja omogočili oblikovanje osnovnih principov kromosomske teorije dednosti, določitev vrstnega reda genov v kromosomih in razdalj med njimi, t.j. zemljevidi kromosomov.
Osnovne določbe kromosomske teorije dednosti:
- Geni se nahajajo na kromosomih. Geni na istem kromosomu se dedujejo skupaj ali povezani in se imenujejo skupina sklopke. Število veznih skupin je številčno enako haploidnemu nizu kromosomov.
- Vsak gen zaseda strogo določeno mesto na kromosomu - lokus.
- Geni so na kromosomih razporejeni linearno.
- Do motenj v povezovanju genov pride le zaradi križanja.
- Razdalja med geni na kromosomu je sorazmerna z odstotkom crossingoverja med njimi.
- Neodvisno dedovanje je značilno le za gene na nehomolognih kromosomih.
Sodobne predstave o genu in genomu
V zgodnjih 40. letih dvajsetega stoletja sta J. Beadle in E. Tatum pri analizi rezultatov genetskih študij, izvedenih na glivi nevrospori, prišla do zaključka, da vsak gen nadzoruje sintezo encima, in oblikovala načelo »enega gen – en encim” .
Toda že leta 1961 so F. Jacob, J. L. Monod in A. Lvov uspeli dešifrirati strukturo gena E. coli in preučiti regulacijo njegove aktivnosti. Za to odkritje so leta 1965 prejeli Nobelovo nagrado za fiziologijo in medicino.
V procesu raziskovanja jim je poleg strukturnih genov, ki nadzorujejo razvoj določenih lastnosti, uspelo identificirati regulatorne, katerih glavna funkcija je manifestacija lastnosti, ki jih kodirajo drugi geni.
Zgradba prokariontskega gena. Strukturni gen prokariontov ima kompleksno strukturo, saj vključuje regulatorne regije in kodirne sekvence. Regulativne regije vključujejo promotor, operater in terminator. Promotor imenovano področje gena, na katerega je vezan encim RNA polimeraza, ki zagotavlja sintezo mRNA med transkripcijo. Z operater, ki se nahaja med promotorjem in strukturnim zaporedjem, se lahko veže represorski protein, ki RNA polimerazi ne dovoli, da bi začela brati dedno informacijo iz kodirnega zaporedja in šele njena odstranitev omogoči začetek prepisovanja. Struktura represorja je običajno kodirana v regulatornem genu, ki se nahaja v drugem delu kromosoma. Branje informacij se konča na delu gena, imenovanem terminator.
Zaporedje kodiranja Strukturni gen vsebuje informacije o zaporedju aminokislin ustreznega proteina. Kodirno zaporedje pri prokariontih se imenuje cistronom in celota kodirnih in regulatornih regij prokariontskega gena - operon. Na splošno imajo prokarionti, ki vključujejo E. coli, razmeroma majhno število genov, ki se nahajajo na enem samem krožnem kromosomu.
Citoplazma prokariontov lahko vsebuje tudi dodatne majhne krožne ali odprte molekule DNA, imenovane plazmidi. Plazmidi se lahko integrirajo v kromosome in prenašajo iz ene celice v drugo. Lahko vsebujejo informacije o spolnih značilnostih, patogenosti in odpornosti na antibiotike.
Zgradba evkariontskega gena. Za razliko od prokariontov evkariontski geni nimajo operonske strukture, saj ne vsebujejo operaterja, vsak strukturni gen pa spremljata le promotor in terminator. Poleg tega so v evkariontskih genih pomembne regije ( eksoni) izmenjujejo z nepomembnimi ( introni), ki se popolnoma prepišejo v mRNA in nato med zorenjem izločijo. Biološka vloga intronov je zmanjšati verjetnost mutacij v pomembnih regijah. Regulacija genov pri evkariontih je veliko bolj kompleksna od tiste, ki je opisana za prokarionte.
Človeški genom. V vsaki človeški celici 46 kromosomov vsebuje približno 2 m DNK, tesno zapakirane v dvojno vijačnico, ki je sestavljena iz približno 3,2 $×$ 10 9 nukleotidnih parov, kar zagotavlja približno 10 1900000000 možnih edinstvenih kombinacij. Do konca 80. let dvajsetega stoletja je bilo znano, kje se nahaja približno 1500 človeških genov, vendar je bilo njihovo skupno število ocenjeno na približno 100 tisoč, saj ima človek samo približno 10 tisoč dednih bolezni, da ne omenjamo števila različnih proteinov. ki jih vsebujejo celice.
Leta 1988 se je začel mednarodni projekt Človeški genom, ki se je do začetka 21. stoletja končal s popolnim dekodiranjem nukleotidnega zaporedja. Omogočil je razumeti, da imata dva različna človeka 99,9 % podobna nukleotidna zaporedja, le preostalih 0,1 % pa določa našo individualnost. Skupno je bilo odkritih približno 30–40 tisoč strukturnih genov, nato pa se je njihovo število zmanjšalo na 25–30 tisoč. Med temi geni ni le edinstvenih, temveč tudi več sto in tisočkrat ponovljenih. Ti geni pa kodirajo veliko večje število beljakovin, na primer več deset tisoč zaščitnih beljakovin – imunoglobulinov.
97 % našega genoma je genetska »smeti«, ki obstaja samo zato, ker se lahko dobro razmnožuje (RNA, ki se prepisuje v teh regijah, nikoli ne zapusti jedra). Na primer, med našimi geni niso samo »človeški« geni, ampak tudi 60 % genov, podobnih genom muhe Drosophila, do 99 % naših genov pa je podobnih genom šimpanzov.
Vzporedno z dekodiranjem genoma je potekalo tudi kartiranje kromosomov, zaradi česar je bilo mogoče ne le odkriti, ampak tudi določiti lokacijo nekaterih genov, ki so odgovorni za razvoj dednih bolezni, pa tudi tarčo zdravil. geni.
Dekodiranje človeškega genoma še ni dalo neposrednega učinka, saj smo dobili neke vrste navodila za sestavljanje tako zapletenega organizma, kot je človek, nismo pa se ga naučili izdelati ali vsaj popraviti napak v njem. Kljub temu je obdobje molekularne medicine že na pragu, povsod po svetu se razvijajo tako imenovani genski preparati, ki lahko blokirajo, izbrišejo ali celo nadomestijo patološke gene v živih ljudeh, ne le v oplojenem jajčecu.
Ne smemo pozabiti, da v evkariontskih celicah DNK ni le v jedru, ampak tudi v mitohondrijih in plastidih. Za razliko od jedrskega genoma ima organizacija genov v mitohondrijih in plastidih veliko skupnega z organizacijo prokariontskega genoma. Kljub temu, da ti organeli nosijo manj kot 1 % dednih informacij celice in niti ne kodirajo celotnega nabora beljakovin, potrebnih za lastno delovanje, lahko pomembno vplivajo na nekatere telesne značilnosti. Tako pestrost pri rastlinah klorofituma, bršljana in drugih podeduje majhno število potomcev tudi pri križanju dveh pestrih rastlin. To je posledica dejstva, da se plastidi in mitohondriji prenašajo večinoma s citoplazmo jajčeca, zato se taka dednost imenuje materinska ali citoplazemska, v nasprotju z genotipsko, ki je lokalizirana v jedru.
Izraz "biologija" je sestavljen iz dveh grških besed "bios" - življenje in "logos" - znanje, poučevanje, znanost. Od tod tudi klasična definicija biologije kot vede, ki proučuje življenje v vseh njegovih pojavnih oblikah.
Biologija raziskuje raznolikost obstoječih in izumrlih živih bitij, njihovo zgradbo, funkcije, izvor, evolucijo, razširjenost in individualni razvoj, povezave med seboj, med skupnostmi in z neživo naravo.
Biologija preučuje splošne in posebne vzorce, ki so neločljivo povezani z življenjem v vseh njegovih manifestacijah in lastnostih: metabolizem, razmnoževanje, dednost, variabilnost, prilagodljivost, rast, razvoj, razdražljivost, mobilnost itd.
Raziskovalne metode v biologiji
- Opazovanje- najpreprostejša in najbolj dostopna metoda. Na primer, lahko opazujete sezonske spremembe v naravi, v življenju rastlin in živali, vedenju živali itd.
- Opis biološki objekti (ustni ali pisni opis).
- Primerjava– iskanje podobnosti in razlik med organizmi, ki se uporabljajo v taksonomiji.
- Eksperimentalna metoda(v laboratorijskih ali naravnih pogojih) – biološke raziskave z uporabo različnih instrumentov in metod fizike in kemije.
- mikroskopija– proučevanje zgradbe celic in celičnih struktur s svetlobnimi in elektronskimi mikroskopi. Svetlobni mikroskopi vam omogočajo, da vidite oblike in velikosti celic in posameznih organelov. Elektronski – majhne strukture posameznih organelov.
- Biokemijska metoda- preučevanje kemijske sestave celic in tkiv živih organizmov.
- Citogenetski– metoda preučevanja kromosomov pod mikroskopom. Odkrijete lahko genomske mutacije (na primer Downov sindrom), kromosomske mutacije (spremembe v obliki in velikosti kromosomov).
- Ultracentrifugiranje- izolacija posameznih celičnih struktur (organelov) in njihovo nadaljnje proučevanje.
- Zgodovinska metoda– primerjava pridobljenih dejstev s predhodno pridobljenimi rezultati.
- Modelarstvo– ustvarjanje različnih modelov procesov, struktur, ekosistemov itd. da bi predvideli spremembe.
- Hibridološka metoda– metoda križanja, glavna metoda preučevanja vzorcev dednosti.
- Genealoška metoda– metoda sestavljanja rodovnikov, s katero ugotavljamo tip dedovanja lastnosti.
- Dvojna metoda– metoda, ki vam omogoča, da določite delež vpliva okoljskih dejavnikov na razvoj lastnosti. Velja za enojajčne dvojčke.
Povezava biologije z drugimi vedami.
Pestrost žive narave je tako velika, da je sodobno biologijo treba predstaviti kot kompleks ved. Biologija je osnova takšnih znanosti, kot je medicina, ekologija, genetika, selekcija, botanika, zoologija, anatomija, fiziologija, mikrobiologija, embriologija itd. Biologija je skupaj z drugimi znanostmi oblikovala znanosti, kot so biofizika, biokemija, bionika, geobotanika, zoogeografija itd. V povezavi s hitrim razvojem znanosti in tehnologije se pojavljajo nove smeri pri preučevanju živih organizmov in nove znanosti se pojavljajo povezane z biologijo. To ponovno dokazuje, da je živi svet večplasten in kompleksen ter tesno povezan z neživo naravo.
Temeljne biološke vede - predmeti njihovega preučevanja
- Anatomija je zunanja in notranja zgradba organizmov.
- Fiziologija – življenjski procesi.
- Medicina - človeške bolezni, vzroki in metode zdravljenja.
- Ekologija – odnosi med organizmi v naravi, vzorci procesov v ekosistemih.
- Genetika – zakonitosti dednosti in variabilnosti.
- Citologija je veda o celicah (struktura, vitalna aktivnost itd.).
- Biokemija – biokemični procesi v živih organizmih.
- Biofizika – fizikalni pojavi v živih organizmih.
- Žlahtnjenje je ustvarjanje novih in izboljšanje obstoječih sort, pasem, sevov.
- Paleontologija – fosilni ostanki starodavnih organizmov.
- Embriologija - razvoj zarodkov.
Oseba lahko uporabi znanje s področja biologije:
- za preprečevanje in zdravljenje bolezni
- pri zagotavljanju prve pomoči žrtve nesreč;
- v rastlinstvu, živinoreji
- v okoljskih dejavnostih, ki prispevajo k reševanju globalnih okoljskih problemov (vedenje o medsebojnih odnosih organizmov v naravi, o dejavnikih, ki negativno vplivajo na stanje okolja ipd.).
Znaki in lastnosti živih bitij:
1. Celična zgradba. Celica je ena sama strukturna in funkcionalna enota, pa tudi razvojna enota skoraj vseh živih organizmov na Zemlji. Virusi so izjema, vendar tudi oni pokažejo žive lastnosti le, ko so v celici. Zunaj celice ne kažejo znakov življenja.
2. Enotnost kemične sestave.Živa bitja so sestavljena iz istih kemičnih elementov kot neživa bitja, vendar v živih bitjih 90 % mase prihaja iz štirih elementov: S, O, N, N, ki sodelujejo pri tvorbi kompleksnih organskih molekul, kot so beljakovine, nukleinske kisline, ogljikovi hidrati, lipidi.
3. Presnova in energija sta glavni lastnosti živih bitij. Izvaja se kot posledica dveh med seboj povezanih procesov: sinteze organskih snovi v telesu (zaradi zunanjih virov energije iz svetlobe in hrane) in procesa razgradnje kompleksnih organskih snovi s sproščanjem energije, ki se nato porabi telo. Presnova zagotavlja stalnost kemične sestave v nenehno spreminjajočih se okoljskih razmerah.
4. Odprtost. Vsi živi organizmi so odprti sistemi, torej sistemi, ki so stabilni le pod pogojem neprekinjenega dovajanja energije in snovi iz okolja.
5. Samorazmnoževanje (razmnoževanje). Sposobnost samorazmnoževanja je najpomembnejša lastnost vseh živih organizmov. Temelji na informacijah o strukturi in funkcijah katerega koli živega organizma, ki je vgrajen v nukleinske kisline in zagotavlja specifičnost strukture in vitalne aktivnosti živega organizma.
6. Samoregulacija. Zahvaljujoč mehanizmom samoregulacije se ohranja relativna konstantnost notranjega okolja telesa, tj. ohranja se konstantnost kemične sestave in intenzivnost fizioloških procesov - homeostazo.
7. Razvoj in rast. V procesu individualnega razvoja (ontogeneza) se postopoma in dosledno pojavljajo posamezne lastnosti organizma (razvoj) in pride do njegove rasti (povečanje velikosti). Poleg tega se vsi živi sistemi razvijajo – spreminjajo med zgodovinskim razvojem (filogenezo).
8. razdražljivost. Vsak živ organizem se je sposoben odzvati na zunanje in notranje vplive.
9. Dednost. Vsi živi organizmi so sposobni ohraniti in prenesti osnovne lastnosti na potomce.
10. Variabilnost. Vsi živi organizmi se lahko spreminjajo in pridobivajo nove lastnosti.
Osnovne ravni organiziranosti žive narave
Vsa živa narava je skupek bioloških sistemov. Pomembni lastnosti živih sistemov sta večnivojska in hierarhična organiziranost. Deli bioloških sistemov so sami sistemi, sestavljeni iz med seboj povezanih delov. Na vsaki ravni je vsak biološki sistem edinstven in drugačen od drugih sistemov.
Znanstveniki so na podlagi značilnosti manifestacije lastnosti živih bitij identificirali več ravni organizacije žive narave:
1. Molekularni nivo - predstavljajo molekule organskih snovi (beljakovine, lipidi, ogljikovi hidrati itd.), ki se nahajajo v celicah. Na molekularni ravni lahko preučujemo lastnosti in strukturo bioloških molekul, njihovo vlogo v celici, v življenju organizma itd. Na primer podvojitev molekule DNK, strukture beljakovin itd.
2. Celična raven – ki ga predstavljajo celice. Na celični ravni se začnejo pojavljati lastnosti in znaki živih bitij. Na celični ravni lahko preučujemo strukturo in funkcije celic in celičnih struktur, procese, ki se v njih pojavljajo. Na primer gibanje citoplazme, delitev celic, biosinteza beljakovin v ribosomih itd.
3. Raven organ-tkivo – ki ga predstavljajo tkiva in organi večceličnih organizmov. Na tej ravni je mogoče preučiti strukturo in funkcije tkiv in organov, procese, ki se v njih pojavljajo. Na primer krčenje srca, gibanje vode in soli skozi posode itd.
4. Organizemski ravni – ki jih predstavljajo enocelični in večcelični organizmi. Na tej ravni se organizem proučuje kot celota: njegova struktura in vitalne funkcije, mehanizmi samoregulacije procesov, prilagajanje življenjskim razmeram itd.
5. Populacijsko-vrstna raven– predstavljajo populacije, sestavljene iz osebkov iste vrste, ki dolgo časa živijo skupaj na določenem ozemlju. Življenje enega posameznika je genetsko pogojeno in pod ugodnimi pogoji lahko populacija obstaja neomejeno dolgo. Ker na tej ravni začnejo delovati gonilne sile evolucije - boj za obstoj, naravna selekcija itd. Na populacijsko-vrstni ravni preučujejo dinamiko števila osebkov, starostno-spolno sestavo populacije, evolucijsko spremembe v populaciji itd.
6. Raven ekosistema– predstavljajo populacije različnih vrst, ki živijo skupaj na določenem ozemlju. Na tej ravni se preučujejo odnosi med organizmi in okoljem, razmere, ki določajo produktivnost in trajnost ekosistemov, spremembe v ekosistemih ipd.
7. Raven biosfere– najvišja oblika organizacije žive snovi, ki združuje vse ekosisteme planeta. Na tej ravni se preučujejo procesi na ravni celotnega planeta - cikli snovi in energije v naravi, globalni okoljski problemi, spremembe v zemeljskem podnebju itd. Trenutno se preučuje človekov vpliv na stanje biosfere, preprečevanje globalne okoljske krize je izjemnega pomena.
Vstopnica 1 1.Biologija kot znanost, njeni dosežki, povezave z drugimi vedami. Metode preučevanja živih objektov. Vloga biologije v človekovem življenju in praktičnih dejavnostih. 2. Kraljestvo rastlin, njegove razlike od drugih kraljestev žive narave. Pojasnite, katera skupina rastlin trenutno zavzema prevladujoč položaj na Zemlji. Poiščite predstavnike te skupine med živimi rastlinami ali herbarijskimi vzorci. 3. Z znanjem o presnovi in pretvorbi energije v človeškem telesu podati znanstveno razlago vpliva telesne nedejavnosti, stresa, slabih navad in prenajedanja na presnovo.
1. Biologija (iz grščine bios življenje, logos znanost) znanost o življenju. Proučuje žive organizme, njihovo zgradbo, razvoj in izvor, odnose z okoljem in drugimi živimi organizmi. 2. Biologija - niz znanosti o življenju, o živi naravi (glej tabelo "Sistem bioloških znanosti"). I. Biologija kot veda, njeni dosežki v povezavi z drugimi vedami. Metode za preučevanje živih objektov. Vloga biologije v človekovem življenju in praktičnih dejavnostih.
3. Osnovne metode v biologiji 1.opazovanje (omogoča opisovanje bioloških pojavov), 2.primerjanje (omogoča iskanje splošnih vzorcev v zgradbi in življenju različnih organizmov), 3.poskus ali izkušnja (pomaga raziskovalcu pri proučevanju lastnosti bioloških objektov), 4.modeliranje (simulirajo se procesi, ki so nedostopni opazovanju ali eksperimentalni reprodukciji), 5. zgodovinska metoda (na podlagi podatkov o sodobnem organskem svetu in njegovi preteklosti se spoznavajo procesi razvoja žive narave) .
4. Dosežki biologije: 1). Opis velikega števila vrst živih organizmov, ki obstajajo na Zemlji; 2). Ustvarjanje celične, evolucijske, kromosomske teorije; 3). Odkritje molekularne strukture strukturnih enot dednosti (genov) je služilo kot osnova za ustvarjanje genskega inženiringa. 4). Praktična uporaba dosežkov sodobne biologije omogoča pridobivanje industrijsko pomembnih količin biološko aktivnih snovi.
6). Zahvaljujoč poznavanju zakonitosti dednosti in variabilnosti so bili v kmetijstvu doseženi veliki uspehi pri ustvarjanju novih visoko produktivnih pasem domačih živali in sort kulturnih rastlin. 5). Na podlagi proučevanja odnosov med organizmi so bile ustvarjene biološke metode za zatiranje škodljivcev pridelkov.
7). Velik pomen v biologiji se pripisuje razjasnitvi mehanizmov biosinteze beljakovin in skrivnosti fotosinteze, kar bo odprlo pot do pridobivanja organskih hranil. Poleg tega uporaba načel organizacije živih bitij (bionike) v industriji (v gradbeništvu, pri ustvarjanju novih strojev in mehanizmov) trenutno prinaša in bo v prihodnosti dala pomemben gospodarski učinek. Satjasta zasnova je bila osnova za proizvodnjo "satjih plošč" za gradnjo
V takšnih razmerah je lahko edina podlaga za povečanje prehranskih virov intenzifikacija kmetijstva. Pomembno vlogo v tem procesu bosta imela razvoj novih visoko produktivnih oblik mikroorganizmov, rastlin in živali ter smotrna, znanstveno utemeljena raba naravnih virov.
1. Rastline so avtotrofi in so sposobne fotosinteze; 2. Prisotnost plastidov s pigmenti v celicah; 3. Celice so obdane s celulozno steno; 4.Prisotnost vakuol s celičnim sokom v celicah; 5. Neomejena rast; 6. Obstajajo rastlinski hormoni - fitohormoni; 7. Osmotski tip prehrane (prejem hranil v obliki vodnih raztopin, ki vstopajo skozi celično membrano).
Kritosemenke ali cvetnice so največji oddelek sodobnih višjih rastlin, ki štejejo okoli 250 tisoč vrst. Rastejo v vseh podnebnih območjih in so del vseh biogeocenoz sveta. To kaže na njihovo visoko prilagodljivost sodobnim razmeram obstoja na Zemlji.
Prilagoditve pri kritosemenkah (cvetnicah), ki so jim omogočile prevladujoč položaj na Zemlji: I. Vegetativni organi cvetočnic dosegajo največjo kompleksnost in raznolikost. II. Cvetoče rastline imajo naprednejši prevodni sistem, ki zagotavlja boljšo oskrbo rastline z vodo. III. Cvetoče rastline imajo prvič nov organ – cvet. Jajčne celice so zaprte v zaprti votlini jajčnika, ki jo tvori eden ali več zraščenih plodičev. Semena so zaprta v plodu. Pojavila se je dvojna oploditev, kar jih močno razlikuje od vseh drugih skupin rastlinskega sveta. IV. Najpomembnejše preobrazbe so se zgodile v prevodnem sistemu. Namesto traheidov postanejo posode glavni prevodni elementi ksilema, kar znatno pospeši gibanje naraščajočega toka. Tako so kritosemenke dobile dodatne priložnosti v tekmovanju in na koncu postale »zmagovalci« v boju za obstoj.
III. Z znanjem o presnovi in pretvorbi energije v človeškem telesu znanstveno razložite vpliv telesne nedejavnosti, stresa, slabih navad in prenajedanja na presnovo. Telo sprejema številne snovi od zunaj, jih predeluje, pridobiva energijo oziroma tiste molekule, ki jih telo potrebuje za izgradnjo lastnih tkiv. Nastali presnovni produkti se izločajo iz telesa. Skupek vseh reakcij disimilacije (razgradnja snovi s sproščanjem energije) in asimilacije (sinteza snovi, potrebnih za telo) se imenuje metabolizem. V zdravem telesu sta asimilacija in disimilacija strogo uravnoteženi. Vse presnovne reakcije uravnava živčni in endokrini sistem. Presnovne motnje so osnova mnogih človeških bolezni.
1. Telesna nedejavnost - zmanjšana telesna dejavnost, pomanjkanje telesne aktivnosti - vodi do zmanjšanja delovanja mišic, srčno-žilnega sistema in posledično do presnovnih motenj in poslabšanja stanja celotnega organizma kot celote. Hranila, ki jih ne porabimo za telesno dejavnost, se shranijo, kar pogosto vodi v debelost. K temu prispeva tudi prenajedanje (2).
3. Stres je zaščitna reakcija telesa, ki mu omogoča preživetje v času nevarnosti. Stres mobilizira zmožnosti telesa, spremlja ga sproščanje hormonov, poveča intenzivnost srčno-žilne aktivnosti itd. Vendar lahko močan in še posebej dolgotrajen stres povzroči izčrpanost človekove moči in presnovne motnje.
4. Konstantno uživanje alkoholnih pijač zelo močno negativno vpliva na presnovo. Pri alkoholikih oksidacijski etilni alkohol daje telesu določeno količino energije, proizvaja pa tudi zelo strupene snovi, ki ubijajo jetrne in možganske celice. Postopoma se apetit alkoholikov zmanjša, prenehajo jesti običajne količine beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov ter jih nadomestijo z alkoholnimi pijačami, kar vodi v uničenje telesa. Kronični alkoholiki imajo vedno poškodovana jetra, hujšajo, postopoma prihaja do propadanja mišic.
5. Kajenje močno negativno vpliva tudi na metabolizem, saj uničuje pljuča in preprečuje, da bi telo prejelo potrebno količino kisika. Poleg tega kajenje močno poveča verjetnost za nastanek pljučnega raka.
6. Narkotične snovi, ki sodelujejo pri presnovi, povzročajo odvisnost, posledično prenehanje uživanja nikotina, alkohola itd. spremljajo odtegnitveni simptomi - močno poslabšanje dobrega počutja. Tako se pojavi fiziološka in psihološka odvisnost od drog.
