1.Предмет,задачи и методы биологии. Биология – совокупность или система наук о живых системах. Понятие «живые системы» здесь важно подчеркнуть, поскольку жизнь не существует сама по себе, а является свойством определенных систем. Предмет изучения биологии – все проявления жизни, а именно: · строение и функции живых существ и их природных сообществ; · распространение, происхождение и развитие новых существ и их сообществ; · связи живых существ и их сообществ друг с другом и с неживой природой. Задачи биологии состоят в изучении всех биологических закономерностей и раскрытии сущности жизни. При этом в биологии используется ряд методов, характерных для естественных наук. К основным методам биологии относятся: · наблюдение, позволяющее описать биологическое явление; · сравнение, дающее возможность найти закономерности, общие для разных явлений; · эксперимент, в ходе которого исследователь искусственно создает ситуацию позволяющую выявить глубоко лежащие (скрытые) свойства биологических объектов; · исторический метод, позволяющий на основе данных о современном мире живого и о его прошлом, раскрывать законы развития живой природы. Выше было сказано, что биология является системой наук, которые могут быть классифицированы различным образом. 1. По предмету изучения: ботаника, зоология, микробиология и т.д. 2. По общим свойствам живых организмов: - генетика (закономерности наследственности) - биохимия (превращения вещества и энергии) - экология (взаимоотношения живых существ и их природных сообществ с окружающей средой) и т.п. 3. По уровню организации живой материи, на котором рассматриваются живые системы: - молекулярная биология; - цитология; - гистология и т.п. Приведенные классификации, разумеется, не носят абсолютного характера. Так, например, исследование клетки (цитология) в настоящее время немыслимо без изучения биохимии клетки.

2. Каковы условия возникновения жизни на нашей планете?

3.Теория возникновения жизни Опарина?

Александр Иванович Опарин – создатель всемирно признанной теории происхождения жизни, положения которой блестяще выдержали более чем полувековую проверку временем; один из крупнейших советских биохимиков, заложивший фундамент исследований в области эволюционной и сравнительной биохимии, энзимологии, биохимии растений и субклеточных структур, основатель советской технической биохимии; выдающийся педагог, организатор науки, общественный деятель и блестящий популяризатор научных знаний. Труды А.И. Опарина посвящены изучению биохимических основ переработки растительного сырья, вопросам действия ферментов в живом организме и проблеме возникновения жизни на Земле. Его работы заложили основы технической биохимии СССР. Исследуя действия ферментов в различных растениях, А.И. Опарин пришел к выводу, что в основе технологии ряда производств, имеющих дело с сырьем растительного происхождения, лежит биологический катализ. Разрабатывая теоретические основы биологии, А.И. Опарин выдвинул теорию возникновения жизни на Земле. На основе фактических материалов из области астрономии, химии, геологии и биологии А.И. Опарин предложил гипотезу развития материи, объясняющую возникновение жизни на Земле. Проблему происхождения жизни он рассматривал с материалистической позиции и объяснял возникновение жизни как определенный и закономерный качественный этап в историческом развитии материи. Уже ранние исследования А.И.Опарина в области сравнительной биохимии окислительно-восстановительных процессов у простейших водорослей привели его к изучению эволюционного развития жизни и разработке основных положений проблемы происхождения жизни на Земле. В те годы (в начале XX века) среди естествоиспытателей проблема происхождения жизни считалась проблемой, не допускающей экспериментального подхода и не разрешимой методами естественных наук. Крупнейшей научной за слугой А.И.Опарина является то, что он убедительно показа возможность научного экспериментального подхода к исследованию проблемы происхождения жизни. Он изложил свои идеи в книге «Происхождение жизни», опубликованной в Советском Союзе в 1924 году и переведенной на английский язык в 1938 году. Пик исследований А. И. Опарина и его соавторов приходился на 50-60-е годы, хотя его книга «Происхождение жизни» была опубликована раньше. Появление жизни А.И. Опарин рассматривал как единый естественный процесс, который состоял из протекавшей в условиях ранней Земли первоначальной химической эволюции, перешедшей постепенно на качественно новый уровень - биохимическую эволюцию. 1. Первобытная Земля имела разреженную (то есть лишенную кислорода) атмосферу. Когда на эту атмосферу стали воздействовать различные естественные источники энергии - например, грозы и извержения вулканов - то при этом начали самопроизвольно формироваться основные химические соединения, необходимые для органической жизни. С самого начала этот процесс был связан с геологической эволюцией. В настоящее время принято считать, что возраст нашей планеты составляет примерно 4,3 млрд лет. В далеком прошлом Земля была очень горячей (4000-8000 °С). По мере остывания образовывалась земная кора, а из воды, аммиака, двуокиси углерода и метана - атмосфера. Такая атмосфера называется «восстановительной», поскольку не содержит свободного кислорода. При падении температуры на поверхности Земли ниже 1000C образовались первичные водоемы. Под действием электрических разрядов, тепловой энергии, ультрафиолетовых лучей на газовые смеси происходил синтез органических веществ-мономеров, которые локально накапливались и соединялись друг с другом, образуя полимеры. Можно допустить, что тогда же одновременно, с полимеризацией шло образование надмолекулярных комплексов-мембран. 2. С течением времени молекулы органических веществ накапливались в океанах, пока не достигли консистенции горячего разбавленного бульона. Однако в некоторых районах концентрация молекул, необходимых для зарождения жизни, была особо высокой, и там образовались нуклеиновые кислоты и протеины. По однотипным правилам синтезировались в «первичном бульоне» гидросферы Земли полимеры всех типов: аминокислоты, полисахариды, жирные кислоты, нуклеиновые кислоты, смолы, эфирные масла и др. Это предположение было проверено экспериментально в 1953 году на установке Стэнли Миллера. Эксперимент Миллера, ставший поворотным пунктом в этой области, был предельно прост. Аппарат состоял из двух стеклянных колб, соединенных в замкнутую цепь. В одну из колб помещено устройство, имитирующее грозовые эффекты - два электрода, между которыми происходит разряд при напряжении около 60 тысяч вольт; в другой колбе постоянно кипит вода. Затем аппарат заполняется атмосферой, предположительно существовавшей на древней Земле: метаном, водородом и аммиаком. Аппарат проработал неделю, после чего были исследованы продукты реакции. В основном получилась вязкое месиво случайных соединений; в растворе также было обнаружено некоторое количество органических веществ, в том числе и простейшие аминокислоты - глицин и аланин. Первичные клетки предположительно возникли при помощи молекул жиров (липидов). Молекулы воды, смачивая только гидрофильные концы молекул жиров, ставили их как бы «на голову», гидрофобными концами вверх. Таким способом создавался комплекс упорядоченных молекул жиров, которые за счет прибавления к ним новых молекул постепенно отграничивали от всей окружающей среды некоторое пространство, которое и стало первичной клеткой, или коацерватом — пространственно обособившейся целостной системой. Коацерваты оказались способными поглощать из внешней среды различные органические вещества, что обеспечивало возможность первичного обмена веществ со средой.

3. Первые клетки были гетеротрофами, они не могли воспроизводить свои компоненты самостоятельно и получали их из бульона. Но со временем многие соединения стали исчезать из бульона, и клетки были вынуждены воспроизводить их самостоятельно. Так клетки развивали собственный обмен веществ для самостоятельного воспроизводства. Таким образом, первичная клеточная структура, по Опарину, представляла собой открытую химическую микроструктуру, которая была наделена способностью к первичному обмену веществ, но еще не имела системы для передачи генетической информации на основе нуклеиновых кислот. Такие системы, черпающие из окружающей среды вещества и энергию, могут противостоять нарастанию энтропии и способствовать ее уменьшению в процессе своего роста и развития, что является характерным признаком всех живых систем. Отдельная молекула, даже очень сложная, не может быть живой. Это значит, что не разрозненные части определяют собой организацию целого, а целое, продолжая эволюционировать, обусловливает целесообразность строения частей. Естественный отбор сохранял те системы, в которых были более совершенными функция обмена веществ и приспособленность организма в целом к существованию в данных условиях внешней среды. Постепенное усложнение протобионтов осуществлялось отбором таких коацерватных капель, которые обладали преимуществом в лучшем использовании вещества и энергии среды. Отбор как основная причина совершенствования коацерватов до первичных живых существ — центральное положение в гипотезе Опарина. 4. Некоторые из этих молекул оказались способны к самовоспроизводству. Взаимодействие между возникшими нуклеиновыми кислотами и протеинами, в конце концов, привело к возникновению генетического кода. В ходе естественного отбора выжили системы, имевшие особое строение белковых полимеров, что обусловило появление третьего качества живого - наследственности (специфичной формы передачи информации). Теорию А.И. Опарина горячо поддержал кембриджский профессор Дж. Холдейн. Холдейн выдвинул гипотезу о том, что на первобытной Земле скопились огромные количества органических соединений, образовав то, что он назвал горячим разбавленным бульоном (впоследствии прижилось название первичный бульон или протобульон). Современное двуединое понятие первобытного бульона и самозарождения жизни исходит из теории Опарина-Холдейна о происхождении жизни, теория эта общепризнанна. Концепция А. И. Опарина в научном мире весьма популярна. Сильной ее стороной является точное соответствие теории химической эволюции, согласно которой зарождение жизни - закономерный результат. Аргументом в пользу этой концепции служит возможность экспериментальной проверки ее основных положений в лабораторных условиях. Слабой стороной концепции А. И. Опарина является допущение возможности самовоспроизведения коацерватных структур в отсутствие систем, обеспечивающих генетическое кодирование. Теория оказалась неспособной предложить решение проблемы точного воспроизведения - внутри коацервата и в поколениях - единичных, случайно появившихся эффективных белковых структур. В рамках концепции Опарина не решена главная проблема - о движущих силах саморазвития химических систем и перехода от химической эволюции к биологической, о причине таинственного скачка от неживой материи к живой. Все было хорошо продумано и научно обосновано в теории, кроме одной проблемы, на которую долго закрывали глаза почти все специалисты в области происхождения жизни. Если спонтанно, путем случайных безматричных синтезов в коацервате возникали единичные удачные конструкции белковых молекул (например, эффективные катализаторы, обеспечивающие преимущество данному коацервату в росте и размножении), то как они могли копироваться для распространения внутри коацервата, а тем более для передачи коацерватам-потомкам?  Гипотеза А.И. Опарина способствовала конкретному изучению происхождения простейших форм жизни. Она положила начало физико-химическому моделированию процессов образования молекул аминокислот, нуклеиновых оснований, углеводородов в условиях предполагаемой первичной атмосферы Земли.  А. И. Опарин, выдвинув ряд тезисов в 30 годах, пытался доказать случайность и спонтанность возникновения живой клетки, но его труды не увенчаются успехом и он будет вынужден признаться: "К сожалению происхождение клетки является самым туманным вопросом, охватывающим теорию эволюции в целом." Работы А.И. Опарина по этому вопросу переведены на многие языки народов мира. В 1950 году А.И. Опарин совместно с другими был удостоен премии имени А.Н.Баха и имени И.И.Мечникова, а в 1974 году - Ленинской премии. За заслуги в области науки он также награжден 5 орденами Ленина, двумя другими орденами, иностранными орденами и медалями. 

4. Значение полового процесса для эволюции жизни?

При половом размножении в популяции создается более высокая генетическая изменчивость. В результате целого ряда процессов, гены, носителями которых изначально были родители, оказываются в новой комбинации в потомках. Именно благодаря рекомбинации внутри помета обнаруживаются многочисленные генетические различия, что повышает адаптационный потенциал популяции и вида в целом.  В процессе эволюции мужские и женские организмы играют разные роли.  На всех стадиях полового процесса мужской пол подвергается более жесткому воздействию естественного отбора. Известно, что на всех этапах онтогенеза смертность самцов выше, чем самок. Этот процесс начинается фактически с момента оплодотворения, в процессе которого участвуют миллионы сперматозоидов и считанные единицы яйцеклеток. Показано, что среди эмбрионов ранних стадий развития значительно преобладают мужские. Даже, несмотря на то, что в период эмбрионального развития мужских эмбрионов гибнет больше, чем женских, доля рожденных самцов млекопитающих несколько превышает долю рожденных самок.  . Анализ пороков развития эмбрионов и новорожденных показал, что для самок характерны пороки развития атавистического характера, в то время как для самцов характерны оригинальные пороки, носящие футуристический характер и являющиеся, как бы, пробами и ошибками эволюции. К моменту прекращения молочного вскармливания количество самцов и самок в пометах обычно уравновешивается. В следующие возрастные периоды самцы гибнут как от разнообразных пороков развития, так и вследствие более высокой, чем у самок активности.  Таким образом, женский пол обеспечивает количественную сторону процесса — чем больше самок, тем выше для вида шансы для выживания и размножения. Женский пол сохраняет консервативные программы вида и обеспечивает их передачу потомству. Поэтому биологически выгодно, чтобы женские особи были менее изменчивы и более устойчивы ко  всяким воздействиям. Этому же способствует и то, что у подавляющего большинства видов самки не имеют яркой окраски и других украшений, характерных для самцов, что делает их менее заметными для конкурентов и хищников. Мужским особям свойственна более высокая изменчивость, которая обеспечивает выживаемость вида и его адаптацию к условиям среды обитания. Самцы первыми реагируют на неблагоприятные воздействия, часть из них погибает. Оставшиеся в живых передают свои признаки, оказавшиеся полезными в данных условиях, потомству. Потеря самок сказывается главным образом на возможном числе потомков. Элиминирование наименее приспособленных к данным условиям особей способствует изменениям качества потомства в нужном направлении, и приносит пользу виду, способствуя его адаптации, обеспечивая эволюцию.  Таким образом, самцы представляют собой как бы модель, на которой природа испытывает различные изменения, могущие иметь значение для эволюции вида. Они представляют лабильную часть популяции, ее передовой отряд, продвинутый далеко вперед навстречу факторам среды. Между ними и золотым ядром популяции — самками существует определенная дистанция, необходимая для отбора из всего разнообразия самцов наиболее удачных и достойных для включения в генофонд вида. Именно поэтому в размножении принимает участие лишь малая толика самцов от числа родившихся. Основная часть самцов в природе обречена на безбрачие.  отбор представляет собой важную составляющую естественного отбора. Ч. Дарвин определял его как «форму естественного отбора, направленную на закрепление преимуществ особей, проявленных в период размножения». Ч. Дарвин сформулировал два основных принципа полового отбора, которые могут действовать в любой комбинации. С одной стороны, предполагалось, что существует непосредственная конкуренция между самцами в противоборствах и групповом доминировании. С другой стороны, он допускал и опосредованное соперничество через демонстрации индивидуальных особенностей и способностей к охране территории, строительству гнезд и заботе о потомстве.

5. В чем заключается биологическая роль воды и минеральных солей?

Минеральные вещества активно участвуют в жизнедеятельности организма, в нормализации функций важнейших его систем. Известна их роль в кроветворении (железо, медь, кобальт, марганец, никель), а также их участие в формировании и регенерации тканей организма, особенно костной, где фосфор и кальций являются основными структурными элементами. Важную роль играют минеральные вещества в развитии и росте зубов. Одной из важнейших функций минеральных веществ является поддержание в организме необходимого кислотно-щелочного равновесия. Входя в состав белковых фракций, минеральные вещества сообщают им свойства живой протоплазмы. Минеральные соли участвуют в функции эндокринных и ферментных систем, неоценима их роль в нормализации водного обмена.  В настоящее время можно считать, что человек нуждаемся в обеспечении не менее чем 20 минеральными веществами. Удовлетворение потребности в них осуществляется за счет продуктов питания и за счет воды.

Организм человека почти на 70% состоит из воды. Вода – прежде всего растворитель, в среде которого протекают все элементарные акты жизнедеятельности. К тому же вода – продукт и субстрат энергетического метаболизма в живой клетке. Образно говоря, вода – это арена, на которой разыгрывается действие жизни и участник основных биохимических превращений. Известно что вода присутствует во всех частях нашего организма, хотя например в коре мозга её 85%, в коже 72%, в зубной эмали всего лишь3%. Это свидетельствует о том, что в наиболее интенсивно работающих органах содержится большее число воды. Вода – превосходный растворитель для полярных веществ. К ним относятся ионные соединения, такие как соли, у которых заряженные частицы (ионы) диссоцииируют в воде, когда вещество растворяется, а также некоторые неионные соединения, например сахара и простые спирты, в молекуле которых присутствуют заряженные (полярные) группы (-OH).

6.Органические вещества, входящие в состав клетки, их краткая характеристика ?

Белки. Функции белков в клетке чрезвычайно многообразны. Одна из важнейших ? строительная функция: белки участвуют в образовании всех клеточных мембран и органоидов клетки, а также внеклеточных структур. Исключительно важное значение имеет каталитическая роль белков. Все ферменты ? вещества белковой природы, они ускоряют химические реакции, протекающие в клетке в десятки и сотни тысяч раз.  Двигательная функция живых организмов обеспечивается специальными сократительными белками. Эти белки участвуют во всех видах движения, к которым способны клетки и организмы: мерцание ресничек и биение жгутиков у простейших, сокращение мышц у многоклеточных животных, движение листьев у растений и др.  Транспортная функция белков заключается в присоединении химических элементов (например, кислорода) или биологически активных веществ (гормонов) и переносе их к различным тканям и органам тела.  При поступлении в организм чужеродных белков или микроорганизмов в белых кровяных тельцах ? лейкоцитах ? образуются особые белки ? антитела. Они связывают и обезвреживают не свойственные организму вещества ? это защитная функция.  Белки служат и одним из источников энергии в клетке, т. е. выполняют энергетическую функцию. При полном расщеплении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии. 

Углеводы. Углеводы, или сахариды,? органические вещества. У большинства углеводов число атомов водорода вдвое превышает количество атомов кислорода. Поэтому эти вещества и были названы углеводами.  В животной клетке углеводы находятся в количествах, не превышающих 1?2, иногда 5 %. Наиболее богаты углеводами растительные клетки, где их содержание в некоторых случаях достигает 90 % сухой массы (клубни картофеля, семена и т. д.).  Углеводы бывают простые и сложные. Простые углеводы называются моносахаридами. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахариды называю триозами ? 3 атома, тетрозами ? 4, пентозами ? 5 и гексозами ? 6 атомов углерода. Из шестиуглеродных моносахаридов ? гексоз наиболее важны глюкоза, фруктоза и галактоза. Глюкоза содержится в крови (0,1?0,12 %). Пентозы ? рибоза и дезоксирибоза ? входят в состав нуклеиновых кислот и АТФ. Если в одной молекуле объединяются два моносахарида, такое соединение на-зываь дисахаридом. Пищевой сахар, получаемый из тростника или сахарной свеклы, состоит из одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы, молочный сахар ? из глюкозы и галактозы.  Сложные углеводы, образованные многими моносахаридами, называются полисахаридами. Мономером таких полисаха-ридов, как крахмал, гликоген, целлюлоза, является глюкоза.  Углеводы выполняют две основные функции: строительную и энергетическую. Например, целлюлоза образует стенки растительных клеток; сложный полисахарид хитин ? главный структурный компонент наружного скелета членистоногих. Строительную функцию хитин выполня и у грибов. Углеводы играют роль основного источника энергии в клетке. В процессе окисления 1 г углеводов освобождается 17,6 кДж. Крахмал у растений и гликоген у животных, откладываясь в клетках, служат энергетическим резервом. 

Жиры и липоиды. Жиры и липоиды выполняют и строительную функцию, они входят в состав клеточных мембран. Благодаря плохой теплопроводности жир способен выполнять функцию теплоизолято-ра. У некоторых животных (тюлени, киты) он откладывается в подкожной жировой ткани, которая у китов образует слой толщиной до 1 м. Образование некоторых липоидов предшествует синтезу ряда гормонов. Следовательно, этим веществам присуща и функция регуляции обменных процессов.  Нуклеиновые кислоты. Значение нуклеиновых кислот в клетке очень велико. Особенности их химического строения обеспечивают возможность хранения, переноса и передачи по наследству дочерним клеткам информации о сгруктуре белковых молекул, которые синтезируются в каждой ткани на определенном этапе индивидуального развития. Поскольку большинство свойств и признаков клеток обусловлено белками, то понятно, что стабильность нуклеиновых кислот ? важнейшее условие нормальной жизнедеятельности клеток и целых организмов. Любые изменения строения нуклеиновых кислот влекут за собой изменения структуры клеток или активности физиологических процессов в них, влияя таким образом на жизнеспособность. Изучение структуры нуклеиновых кислот, которую впервые установили американский биолог Уотсон и английский физик Крик, имеет исключительно важное значение для понимания наследования признаков у организмов и закономерностей функционирования как отдельных клеток, так и клеточных систем ? тканей и органов.  Существуют два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) ? биологический полимер, состоящий из двух полинуклеотидных цепей, соединенных друг с другом. Мономеры, составляющие каждую из цепей ДНК, представляют собой сложные органические соединения, включающие азотистые основания ? аденин (А) или тимин (Т), цитозин (Ц) или гуанин (Г); пятиатомный сахар пентозу ? дезоксирибо-зу по имени которой получила название и сама ДНК, а также остаток фосфорной кислоты. Эти соединения носят название нуклеотидов. В каждой цепи нуклеотиды соединяются между собой образуя кобалетные связи между дезокарибозой одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого. Нуклеотиды могут соединяться только попарно: азотистое основание А одной цепи полинуклеотидов всегда связано двумя водородными связями с азотистым основанием Т противоположной по-линуклеотидной цепочки, а Г тремя водородными связями с Ц. Такая способность к избирательному соединению нуклеотидов, в результате чего образуются пары А-Т и Г-Ц, называется ком-плементарностью.  РНК (рибонуклеиновая кислота) также, как ДНК, представляет собой полимер, мономерами которого являются нуклеотиды. Азотистые основания трех нуклеотидов те же самые, что входят в состав ДНК (аденин, гуанин, цитозин), четвертое - ура-цил - присутствует в молекуле РНК вместо тимина. Нуклеотиды РНК отличаются от нуклеотидов ДНК и по строению входящего в их состав углевода: они включают другую пентозу - ри-бозу (вместо дезоксирибозы). В цепочке РНК нуклеотиды соединяются путем образования ковалентных связей между де-зоксирибозой одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого.  РНК переносят информацию о последовательности аминокислот в белках, т. е. о структуре белков от хромосом к месту их синтеза, и участвуют в синтезе белков.  Существует несколько видов РНК. Их названия обусловлены выполняемой функцией или местонахождением в клетке. Большую часть РНК цитоплазмы (до 80?90 %) составляет рибосо-мальная РНК (рРНК), содержащаяся в рибосомах. Молекулы рРНК относительно невелики и состоят из 3?5 тыс. нуклеотидов. Другой вид РНК ? информационные (иРНК), переносящие к рибосомам информацию о последовательности аминокислот в белках, которые должны синтезироваться. Размер этих РНК зависит от длины участка ДНК, на котором они были синтезированы. Молекулы иРНК могут состоять из 300?30000 нуклеотидов. Транспортные Р/-//((тРНК) включают 76?85 нуклеотидов и выполняют несколько функций. Они доставляют аминокислоты к месту синтеза белка, "узнают" (по принципу комплемен-тарности) триплет иРНК, соответствующий переносимой аминокислоте, осуществляют точную ориентацию аминокислоты на рибосоме.