766

2

УДК 57 (075)

Дегтярева, С. И. Современные проблемы биологии [Текст] : методические указания к проведению лабораторных занятий по направлению подготовки бакалавра 35.03.01 Лесное дело / С. И. Дегтярева ; Министерство образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2017. – 15 с.

Печатается по решению учебно-методического совета

ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол № от )

Рецензент: доктор биол. наук, проф. кафедры биологии и защиты растений ВГАУ им. императора Петра I Е.М. Олейникова.

3

РАЗДЕЛ 1. ПРОБЛЕМЫ БИОЛОГИИ. СУЩНОСТЬ ЖИЗНИ

ЗАНЯТИЕ №1

Тема «Цель, задачи, объекты биологии. Роль биологии в ХХI веке»

Содержание занятия. Дисциплина «Современные проблемы биологии» предполагает знакомство с актуальными проблемами и перспективными направлениями биологических наук, призвана обеспечить специальную подготовку в области биологии студентов магистратуры как второй ступени высшего профессионального образования.

Программа курса отражает основные современные направления и тенденции развития биологической науки. Особое внимание уделено инновационным аспектам биологических исследований, проблематике эффективного использования биологических ресурсов.

Цель курса – получение студентами магистратуры знаний, необходимых для успешного профессионального становления как специалистов высшей квалификации в области биологии.

Задачи дисциплины:

- сформировать у магистрантов понимание современных проблем, стоящих перед биологической наукой, решение которых направлено на рациональное природопользование, охрану окружающей среды и здоровья людей сформировать базовые представления о разнообразии биологических объектов, понимание значения биоразнообразия для устойчивого развития биосферы;

- дать знания о принципах структурной и функциональной организации биологических объектов и механизмов гомеостатической регуляции;

-определить понимание путей решения современных проблем биологии,

втом числе через развитие инновационных биотехнологий.

Объект изучения биологии – живая природа. Признаки живых организмов. Многообразие живых организмов. Уровневая организация живой природы и эволюция. Методы познания живой природы. Общие

4

закономерности биологии. Роль биологии в формировании современной естественно-научной картины мира и в практической деятельности людей.

Механизмы происхождения жизни, еѐ изменчивости и эволюции – три проблемы биологии как науки.

Физико-генетические функции организма: для растений – фотосинтез, азотофиксация и др., для животных – поведение, стресс – реактивность и др. Уровни биологического исследования от молекулярного до популяционного. Осмысление экспериментальных данных на эволюционно-популяционном уровне (молекула-клетка-организм-популяция).

ЗАНЯТИЕ №2 Тема «Актуальные проблемы биологии»

Содержание занятия. Представление о сущности жизни. Определение жизни как явления во Вселенной. Живые и неживые системы. Уровни организации живых систем и живого вещества на Земле.

Происхождение жизни на Земле, основные гипотезы (гипотеза сотворения, гипотеза стационарного состояния, гипотеза панспермии, гипотеза самопроизвольного зарождения, гипотеза биохимической эволюции).

Современные представления о биосфере как о глобальной живой системе. Видовые формы живого вещества как функциональные элементы биосферы.

Естественная система живых организмов. Принципы классификации. Современные классификационные системы, как отражение представлений о темпах эволюции. Современное представление теории вида. Доклеточные формы организации живого вещества. Вирусы, плазмиды, прионы; их организация и место в биосфере. Клеточная форма жизни. Перспективные направления наук о биологическом многообразии.

ЗАНЯТИЕ № 3 Тема: «Ключевые понятия биологии»

Содержание занятия. Этапы развития биологии. Развитие представлений о единстве органического мира. Работы К.Вольфа, К.Бэра, Т.Шванна, М.Шлейдена. Теория эволюции Ч.Дарвина. Законы наследственности Г.Менделя и зарождение генетики. Развитие биологии в 21 веке.

5

ЗАНЯТИЕ № 4 Тема: «Этапы развития и разделы биологии»

Содержание занятия. Биология комплексная наука, которая объединяет несколько разделов, которые в последнее время получили статус наук. Классификация биологических наук. Дифференциация классических разделов биологии: ботаника; зоология; физиология; экология; география; систематика растений и животных; палеонтология; микробиология; паразитология; эмбриология; генетика.

Возникновение новых наук в результате интеграции (биохимия, биофизика, цитогенетика и др.). Формирование экологии как комплексной, междисциплинарной науки.

Уровни организации живого: молекулярно-генетический, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный.

биологических систем.

Применение биологических знаний. Биотехнология как новый этап в развитии материального производства. Биология как теоретическая основа медицины. Развитие и перспективы генетической инженерии.

Философские, социальные и этические проблемы биологии.

ЗАНЯТИЕ № 6 Тема: «Протеомика»

Содержание занятия. Протеомный анализ – одновременное изучение многих индивидуальных белков, совокупность которых составляет определенную систему, что характеризует определенный объект в целом. Объект изучения протеомики – синтез, модификация, декомпозиция, и замена белков исследуемого объекта. Клиническая протеомика – идентификация и

6

количественное определение всех индивидуальных белков, которые содержатся в биологическом образце (сыворотка крови, спинномозговая жидкость, ткань) и мониторинг изменений их концентраций.

ЗАНЯТИЕ № 7 Тема: «Сущность жизни. Свойства и уровни организации живого.

Часть 1»

Содержание занятия. Сущность и субстрат жизни. Жизнь как особая форма существования материи. Субстрат жизни: нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) и белки.

Свойства живого. Специфичность организации. Обмен веществ и энергии. Упорядоченность структуры. Целостность и дискретность. Самовоспроизведение и рост. Наследственность и изменчивость. Раздражимость и движение. Регуляция и обратная связь.

Уровни организации живого: молекулярно-генетический, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный.

Химический состав живых систем. Элементный состав клетки. Неорганические соединения. Значение воды для жизнедеятельности клеток. Органические соединения: белки, углеводы, липиды и липоиды, нуклеиновые кислоты.

ЗАНЯТИЕ № 8 Тема: «Сущность жизни. Свойства и уровни организации живого.

Часть 2»

Содержание занятия. Клетка – основная форма организации живой материи. Методы изучения клеток. Культивирование клеток на искусственных питательных средах. Структурно-функциональная организация прокариотических и эукариотических клеток. Морфологическое и функциональное разнообразие клеток. Размножение клеток.

Ткани животных и растений. Механизмы интеграции клеток в тканях. Информационные процессы в тканях. Эволюция клеток и тканей. Основные эволюционные тенденции. Гипотезы происхождения эукариотических клеток.

Обмен веществ и энергии. Использование энергии в клетках. Основные виды биологической работы в клетках. Метаболизм на уровне организмов.

7

Происхождение типов обмена.

Размножение, рост и индивидуальное развитие организмов. Происхождение способов размножения. Биологическая роль полового размножения. Изогамия, анизогамия и оогамия. Живорождение и его биологический смысл. Сходство зародышей представителей разных групп позвоночных как свидетельство их эволюционного родства. Причины нарушений в развитии организмов.

РАЗДЕЛ 2 ОРГАНИЗМ И СРЕДА

ЗАНЯТИЕ № 9 Тема: «Влияние алкоголя, никотина, наркотических средств,

загрязнения среды на развитие человека»

Содержание занятия. Реферативные доклады студентов по выбранной

теме.

ЗАНЯТИЕ № 10 Тема: «Вирусология. Опасность вирусов для жизни человека»

Содержание занятия. Вирусы: ВИЧ, гепатит С, гепатит GB, герпесвирусы, вирусы атипичной пневмонии.

Характеристика вирусов и вызываемые ими заболевания. «Возникающие» вирусные инфекции (вирусы Эбола, Денгу, Хантаан и

др.), их свойства и распространения.

Реферативные доклады студентов по выбранной теме.

ЗАНЯТИЕ № 11 Тема: «Методологические достижения и перспективные

направления физиологии»

Содержание занятия. Эколого-физиологические проблемы адаптации к различным факторам cpеды обитания. Адаптация организма к экстремальным факторам среды. Механизмы адаптации на клеточном, тканевом, органном, организменном уровнях. Космическая биология и медицина. Стресс-реакция, ее роль в формировании адаптационных механизмов.

8

ЗАНЯТИЕ № 12 Тема: «Биоразнообразие»

Содержание занятия. Сохранение биологического многообразия как основы устойчивости биосферы и прогрессивного ее развития. Методы оценки биоразнообразия. Биоразнообразие (альфа, бета, гамма-).

Антропогенные воздействия и направления этих воздействий. Причины вымирания видов. Регуляция численности популяции.

Экологические основы создания заповедников, заказников, национальных парков, особо охраняемых территорий.

ЗАНЯТИЕ № 13 Тема: «Экосистема»

Содержание занятия. Экосистема, биотическая структура экосистем, функционирование экосистем. Основные типы динамики экосистем и их причины. Воздействие человека на экосистему. Охрана среды обитания. Биотоп. Биогеоценоз.

Энергетические процессы в экосистеме. Устойчивость экосистем. Основные типы динамики экосистем и их причины. Искусственные экосистемы. Охрана природы и среды обитания.

Современная биоэкология. Структура и задачи экологии. Экологические системы. Экологическая ниша. Взаимосвязь формы и функции. Моделирование в экологии. Мониторинг и экологическое прогнозирование. Проблемы экологии человека.

РАЗДЕЛ 3. СОВРЕМЕННЫЕ БИОТЕХНОЛОГИИ. ГЕННАЯ И КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

ЗАНЯТИЕ № 14 Тема: «Проблемы современной генетики»

Содержание занятия. Локализация гена в группах сцепления. Картирование генов с помощью хромосомных перестроек и соматического кроссинговера. Структурная организация генома эукариот и прокариот. Развитие представлений о гене. Строение и функционирование хромосом. Генетический контроль некоторых аспектов поведения человека. Генетический

9

контроль формирования психологических характеристик человека.

Факторы защиты организма (иммунитет). Основные защитные структуры организма. Охранительная роль иммунитета. Проблемы трансплантации. Клеточный, гуморальный и тканевый иммунитет. Аллергия.

Открытие и расшифровка генетического кода, основных звеньев синтеза белка, многих метаболических процессов в живой клетке и т.д. Работы по расшифровке генома человека, растений и животных. Процессы дифференцирования геномов и их развитие. Создание новых искусственных геномов. Замена дефектных участков геномов, контроль за активностью геномов.

ЗАНЯТИЕ № 15 Тема: «Методологические достижения и перспективные направления

молекулярной клеточной биологии»

Содержание занятия. Синтез ДНК и теломераза. Экспрессия генов и транскрипционные факторы Образование белков – трансляция, фолдинг-, модификация.

Структура биомембран и участие в межклеточных взаимодействиях. Передача внешнего сигнала в клетку и внутриклеточные медиаторы. Клеточный цикл, апоптоз, онкогенез.

Мобильные элементы генома эукариот и прокариот. Транспозоны, ретротранспозоны. Операционный принцип организации генов прокариот. Структурно-регуляторный принцип строения генов эукариот. Молекулярное клонирование. Векторы для молекулярного клонирования. Иммуногенетика. Онкогенетика.

ЗАНЯТИЕ № 16 Тема: «Генная и клеточная инженерия»

Содержание занятия. Направления генетической инженерии. Производство пищи. Производство источников энергии и новых материалов.

Генетическая инженерия и медицина. Клеточная инженерия у человека и животных. Клеточная инженерия у растений. Экологические проблемы генетической и клеточной инженерии.

Принципы использования в хозяйственной деятельности людей морфофункциональных черт организации живых организмов.

10

ЗАНЯТИЕ № 17 Тема: «Наследственность и непрерывность жизни. Часть 1»

Содержание занятия. Наследуемость признаков и их генетическая детерминируемость. Изменчивость и непрерывность разнообразия жизни. Методы, генетические модели и уровни изучения наследственности. Генетический анализ и этапы его реализации.

Генетические системы, используемые в качестве экспериментальных моделей. Другие методы исследования.

Современная концепция гена. Дробимость гена. Сайт. Цистрон. Концепция «один ген – один полипептид». Многокопийные гены. Кодирование РНК.

ЗАНЯТИЕ № 18 Тема: «Наследственность и непрерывность жизни. Часть 2»

Наследуемость интеллекта. Генетическая индивидуальность. Рекомбинация генов и генетический полиморфизм.

Патологическая наследственность. Сегрегационный и мутационный генетический груз. Структура и свойства генетического кода. Триплетность. Неперекрываемость. Линейность. Вырожденность. Митохондриальный и хлоропластный генетические коды. Универсальность и происхождение генетического кода. Генетический контроль экспрессии генов. Регулирующее действие белков. Индукция и репрессия ферментов. Модель оперона.

ЗАНЯТИЕ № 19 Тема: «Наследственные и ненаследственные заболевания человека»

Содержание занятия. При наследственных заболеваниях могут иметь место цитогенетические нарушения различного характера и локализации. Эти болезни могут быть связаны с нарушениями ядерной (хромосомной) или митохондриальной ДНК. Они могут развиться в результате генных (точечных) мутаций (транзиции, трансверсии, мутации сдвига рамки считывания, либо довольно грубых изменений структуры хромосом или мтДНК (делеции, дупликации, инверсии, транслокации, транспозиции), а также вследствие геномных мутаций (изменения числа хромосом). Методы изучения наследственности человека. Хромосомные наследственные болезни.