Биология

Конспект лекций

для студентов 1 курса

всех форм обучения

Кемерово 2010

Составитель:

В.Л. Чайков, преподаватель,

Рассмотрено и утверждено на заседании

кафедры математики и естественнонаучных дисциплин

Протокол № 7 от « 14 » февраля 2009 г.

Рекомендовано методической комиссией

среднетехнического факультета

Протокол № 6 от « 10 » февраля 2010 г.

В курсе общей биологии рассмотрены основные аспекты существования и функционирования живых систем, во взаимосвязи с окружающей средой. А также, основы селекции живых организмов и генной инженерии. Большое внимание уделено раскрытию теории эволюции.

© Кем ТИПП, 2010

ПРЕДИСЛОВИЕ

Наше время характеризуется чрезвычайно возросшей взаимозависимостью людей. Жизнь человека, его здоровье, условия его труда и быта почти целиком зависят от правильности решений, принимаемых очень многими другими людьми. В свою очередь, деятельность отдельного человека та же влияет на судьбу многих других. Именно поэтому очень важно, чтобы наука о жизни стала неотъемлемой частью мировоззрения каждого человека, независимо от его специальности. Строителю, технологу, мелиоратору знание биологии необходимо так же, как врачу или агроному ибо только в этом случае они будут представлять последствия своей производственной деятельности для природы и человека.

Цель данного курса лекций – дать представление о структуре живой материи, наиболее общих ее законах, познакомить с многообразием жизни и историей её развития на Земле. В соответствии с этим особое внимание уделяется анализу взаимоотношений между организмами и условиями устойчивости экосистем. В курсе приведены примеры, характеризующие подчиненность человека всем известным биологическим законам.

Раздел 1 происхождение и начальные этапы развития жизни на земле

Тема 1.1 Многообразие живого мира. Основные свойства живого

Терминология

1. Неорганические соединения – элементы и образуемые ими простые и сложные вещества, встречающиеся в больших количествах вне живых организмов.

2. Органические соединения – соединения углерода с другими элементами, встречающиеся преимущественно в живых организмах.

3. Биополимеры – высокомолекулярные органические соединения, мономерами которых являются простые органические молекулы.

4. Клетка – структурно-функциональная единица, а так же единица развития всех живых организмов.

5. Ткань – совокупность сходных по строению клеток, связанных выполнением общих функций.

6. Орган – совокупность пространственно изолированных тканей, специализированная на выполнении определенных функций.

7. Биологическая система – биологические объекты разной степени сложности, имеющие несколько уровней организации. Обладает свойствами целого.

Биология – это наука о жизни. Биология изучает строение, проявление жизнедеятельности, среду обитания всех живых организмов планеты. Живое на планете представлено необычайным многообразием форм, множеством видов живых существ. Ученые постоянно находят и описывают новые виды как существующие, так и вымершие в минувшие эпохи. Одной из основных задач биологии является раскрытие общих свойств живых организмов и объяснение причин их многообразия, выявление связей между строением и условиями обитания. Важное значение в науке имеют вопросы возникновения и законы развития жизни на Земле – эволюционное учение. Понимание этих законов является основой научного мировоззрения.

По предмету изучения биология подразделяется на отдельные науки:

- ботаника;

- зоология;

- генетика;

- биохимия;

- анатомия;

- медицина;

- экология и т.д.

Каждая из этих наук имеет собственные подразделения и благодаря накопленным знаниям – все более специализируется. В соответствии с уровнем организации живой материи выделяются научные дисциплины: молекулярная биология, цитология – учение о клетке, гистология – учение о тканях и т.д.

Биология использует самые различные методы изучения:

1. исторический;

2. описательный;

3. инструментальный.

В различных областях биологии все больше взрастает значение пограничных дисциплин: биофизика, биохимия, бионика. Возникновение жизни и функционирование живых организмов обусловлены естественными законами. Познание их позволяет составить точную картину мира и использовать в практических целях. Достижения биологии последнего времени привели к возникновению новых направлений в науке, ставших самостоятельными разделами в комплексе. (Генная инженерия). Практическое применение достижений современной биологии, в настоящее время позволяет получить новые биологические вещества – пищу, лекарства, материалы. Исключительная способность природы к самовосстановлению создала иллюзию ее неуязвимости, безграничности ее ресурсов. Но это не так. Поэтому вся деятельность человека должна строиться с учетом принципов организации биосферы. Значение биологии для человека огромно. Общебиологические закономерности используются при решении самых разных вопросов во многих отраслях народного хозяйства. В сельском хозяйстве достигнуты большие успехи по выведению новых сортов культурных растений, пород домашних животных, штаммов микроорганизмов. В дальнейшем практическое значение биологии еще больше возрастет. Это связано с быстрыми темпами роста населения планеты, с возрастающей численностью городского населения. В такой ситуации важна интенсификация сельхозпроизводства. Важную роль в этом будет играть научно обоснованное использование природных ресурсов. Первые живые существа появились на нашей планете 3 млрд. лет назад. От этих ранних форм возникло бесчисленное множество видов живых организмов, которые, появились, процветали в течение определенного времени, а затем вымирали. От ранее существовавших форм произошли современные живые организмы, образующие четыре царства природы:

- более 1.5 млн. видов животных;

- 350 тыс. видов растений;

- значительное количество видов грибов;

- множество организмов – прокариотов.

Мир живых существ, включая человека, представлен биологическими системами различной структурной организации. Все живые организмы состоят из клеток. Клетка может быть отдельным организмом и частью многоклеточного растения или животного. Она может быть простейшей или сложной. Любая клетка представляет собой целый организм, способный выполнять все функции для обеспечения жизнедеятельности. Клетки, входящие в состав многоклеточного организма специализированны – они выполняют одну функцию и не способны существовать вне организма. У высших организмов взаимосвязь и взаимозависимость клеток приводит к созданию нового качества, не равного простой сумме. Соединения их в процессе эволюции образует целостный организм с определенными, присущими только ему свойствами.

Уровни организации живой материи

Живая природа представляет собой сложноорганизованную систему.

Существует несколько уровней организации живого:

1. Молекулярный (0,1 – 1 мм.) 10^-10 - 10^-9м.

С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма. Любая система, как бы сложно она не была устроена, осуществляется на уровне взаимодействия биологических макромолекул – белков, полисахаров, ДНК.

2. Клеточный (10нм – 1мкм) 10^-8 - 10^-6м.

Клетка – наименьшая структурная единица всего живого. Неклеточных форм жизни нет. Вирусы – исключение т.к. живут только в клетке.

3. Тканевый (10мкм – 100мкм) 10^-5 - 10^-4м.

Ткань представляет собой совокупность сходных по строению клеток, объединенных выполнением общей функции.

4. Органный (100мкм – 1мм) 10^-4 - 10^-3м.

Орган – это структурно-функциональное объединение нескольких типов тканей.

5. Организменный (1мм – 1дм) 10^-3 - 10^-1м.

Организм – это простейшая одноклеточная или многоклеточная система, способная к самостоятельному существованию. Он образован совокупностью тканей и органов.

6. Популяционно – видовой.

Совокупность организмов одного вида, объединенная общим местом обитания создает популяцию, в которой протекают элементарные эволюционные преобразования.

7. Биогеоценотический.

Биогеоценоз – совокупность организмов разных видов и разной сложности организации со всеми факторами среды.

8. Биосферный.

Это высший уровень организации жизни. В него входят – живое вещество, косное вещество и биокосное вещество.

Биомасса планеты 2,5·10¹² т. Из них 99% масса организмов суши представлена зелеными растениями. На биосферном уровне происходят круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов планеты.

Критерии живых систем

Это система оценок отличающих живые системы от объектов неживой природы.

1. Особенности химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако их соотношение неодинаково. Элементы неживой природы представлены: О₂, Si, Fe, Mg, Al, S, MeO, MeS, MeCO₃ и т.д. В живых организмах 98% состава приходится на O₂, C, N₂, H₂. Они входят в состав сложных органических молекул: белков, ДНК, углеводов, жиров.

2. Метаболизм. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой. Важнейшими процессами являются синтез и распад. Живые организмы поглощают из среды различные вещества, они перерабатываются. Часть идет на строительство организма, часть – на пополнение энергозатрат. Это ассимиляция или пластический обмен. Это диссимиляция или энергетический обмен, когда органические соединения распадаются на простые и выделяется энергия. Метаболизм обеспечивает гомеостаз организма – это постоянство его строения и функций.

3. Единый принцип структурной организации. Все организмы на любой ступени сложности и размеров состоят из клеток.

4. Репродукция. На организменном уровне репродукция проявляется в виде размножения особей. Потомство сходно с родителями. В основе самовоспроизведения лежит реакция матричного синтеза при самоудвоении ДНК.

5. Наследственность. Это способность организмов передавать свои признаки, свойства, способности из поколения в поколение. Наследственность обеспечивает материальную преемственность в ряду поколений.

6. Рост и развитие. Способность к развитию – всеобщее свойство материи. Под развитием понимают необратимое направленное изменение объектов природы. В результате возникает новое, качественное состояние объекта, изменяется его состав и структура.

А) индивидуальное – онтогенез.

Б) историческое – филогенез.

7. Раздражимость. Это свойство живых организмов избирательно реагировать на внешние воздействия. Многоклеточные организмы реагируют на раздражение по средствам рефлекса. Организмы не имеющие нервной системы реагируют тропизмами – направлением роста, движения (гелиотропизм – движение к солнцу).

8. Дискретность. Это свойство живой материи. Она идет от простого к сложному. Дискретность строения организма – основа его структурного порядка.

9. Авторегуляция. Это способность живых организмов в условиях меняющейся среды поддерживать постоянство химсостава и интенсивность физиологических процессов. Эта деятельность регулируется функцией особых систем.

10. Энергозависимость. Живые тела – это энергетически открытые системы. Обменные процессы осуществляются в них через оболочки (мембраны, кожа). Они поддерживают постоянство состава и единство системы. Живые организмы существуют при постоянном поступлении материи и энергии извне.

Жизнь – это активное, идущее с затратой полученной извне энергии, поддержание и самовоспроизведение специфической структуры.

Контрольные вопросы

1. Сущность термина «Биология».

2. Подразделение биологии по предмету изучения.

3. Подразделение биологии по уровню организации.

4. Значение биологии для человека.

5. Многообразие живого мира.

6. Биологические системы.

7. Уровни организации живого.

8. Критерии живых систем.