Тема 8. Биология и экология

Исторические концепции происхождения жизни (креационизм, гипотеза панспермии, постоянное самозарождение, стационарное состояние, однократный абиогенез). Научные взгляды 1-й половины ХХ в. на происхождение жизни (А.Опарин). Первичная атмосфера Земли. Абиогенный синтез органических соединений. Первичный бульон. Полипептиды как предшественники белков. Коацерваты и (биологические) мембраны. Предбиологический отбор. Анаэробы. Гетеротрофы. Прокариоты. Автотрофы. Аэробы. Эукариоты. Идеи голобиоза (первичности обмена веществ) и генобиоза (первичности генетического кода). Современные модели предбиологической эволюции: теория эволюционного катализа (тема 7), модель каталитического гиперцикла (М.Эйген). Проблема сущности биологической формы материи, точного положения границы между неживым и живым. Витализм и редукционизм. Определение жизни Ф.Энгельса. Общие свойства живого: самосохранение путем приспособления; открытость, обмен веществ и энергии; самовоспроизведение; гомеостаз (относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды живых систем); целостность, взаимосогласованность функционирования всех уровней организации. Аксиомы биологии (Б. Медников).

Структурные уровни организации живого. Химический состав живого: углерод как главный элемент живого, его уникальные свойства; вода, ее роль в живых организмах; биополимеры, их большая молекулярная масса, способность образовывать надмолекулярные структуры. Асимметричность (хиральность) биомономеров. Молекулярно-генетический уровень. Белки как высокомолекулярные соединения с особым комплексом свойств. Аминокислоты – мономеры белков. Уровни организации белковых молекул (их первичная, вторичная, третичная, четвертичная структуры). Функции белков (ферментативная, регуляторная, транспортная, защитная, двигательная). Липиды и их функции (энергетическая, структурная). Углеводы и их функции (энергетическая, структурная). Нуклеотиды – мономеры нуклеиновых кислот. Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды) – ДНК, РНК. Азотистые основания (аденин, гуанин, цитозин, тимин, урацил). Комплементарность, комплементарные пары азотистых оснований. Комплементарность цепей ДНК – основа ее функций. Функции нуклеиновых кислот (хранение и передача наследственной информации) и процессы редупликации, транскрипции и трансляции. Генетический код. Кодон и антикодон. Свойства генетического кода (триплетность, вырожденность, однозначность, универсальность, отсутствие знаков препинания между кодонами – триплетами азотистых оснований). Клеточный уровень. Клетка как элементарная единица живого. Про- и эукариотические (свободноживущие и в составе многоклеточных организмов) клетки. Органеллы клеток (хромосомы, ядро, митохондрии, рибосомы, хлоропласты, жгутики). Тканевый уровень многоклеточных организмов. Типы тканей. Органный уровень многоклеточных организмов. Органы и системы (нервная, пищеварительная и т.п.) органов. Организменный (онтогенетический) уровень. Одно- и многоклеточные организмы. Онтогенез. Генотип и фенотип. Популяционно-видовой уровень. Популяция как совокупность организмов одного вида, обладающих общим генофондом и занимающих определенную территорию. Структура популяции. Динамика ее численности и плотности. Значение гено- и фенотипического разнообразия. Внутрипопуляционные отношения, их зависимость от плотности популяции. Биоценотический уровень. Биоценоз, его пространственная, видовая, трофическая структуры. Трофические (пищевые) цепи, уровни и пирамиды. Энергетические потоки в пирамидах, правило 10%. Продуценты, консументы, редуценты и биотический круговорот. Значение видового разнообразия. Сукцессия.

Теория эволюции и генетика. История эволюционной идеи в биологии. Теория Ж.Ламарка, катастрофизм Ж.Кювье. Дарвинизм. Факторы эволюции по Ч.Дарвину: изменчивость, наследственность, борьба за существование, естественный отбор. Приспособительный (адаптивный) характер, самопроизвольность, необратимость, направленность эволюции. Дивергенция и конвергенция в биологической эволюции. Открытие первых законов генетики, наследования признаков организма, законы Г.Менделя. Методы исследования эволюции: палеонтология (ископаемые переходные формы, палеонтологические ряды, последовательность ископаемых форм); биогеография (сопоставление видового состава с историей территорий, островные формы, реликты); морфологические методы (установление связи между сходством строения и родством сравниваемых форм, рудиментарные органы, атавизмы); эмбриологические методы (зародышевое сходство, принцип рекапитуляции); генетические, молекулярные (изменение родственных белков и участков нуклеиновых кислот), биохимические, экологические; моделирование. Связь между геологическими и палеонологическими изменениями. Геохронологическая шкала: эоны (криптозой и фанерозой), эры и периоды. Основные таксономические группы растений и животных; последовательность их эволюции (голосеменные, покрытосеменные, цветковые; моллюски, рыбы, земноводные/амфибии, пресмыкающиеся/рептилии, птицы, млекопитающие). Современные теории эволюции. Сальтационизм и градуализм. Синтетическая теория эволюции (СТЭ), объединение дарвинизма и генетики. Ген, аллель (доминантный и рецессивный), гомо- и гетерозиготность, геном, генофонд, генотип. Генотип и фенотип. Свойства генетического материала (дискретность, непрерывность, линейность, относительная стабильность). Изменчивость наследуемая (генотипическая, мутационная) и ненаследуемая (фенотипическая, модификационная). Причины и свойства мутаций, мутагенные факторы. Генетические характеристики популяций: наследственная гетерогенность, генетическое единство, динамическое равновесие отдельных генотипов. Роль мутаций в эволюции. Элементарные факторы эволюции (мутационный процесс, популяционные волны, изоляция, естественный отбор). Формы отбора (движущий, стабилизирующий, дизруптивный). Элементарная эволюционная структура – популяция. Элементарный наследственный материал – изменение генофонда популяции. Микроэволюция и макроэволюция. Филогенез. Типы макроэволюцинного изменения организмов: ароморфоз, идиоадаптация/алломорфоз, дегенерация/катаморфоз. Важнейшие ароморфозы (фотосинтез, эукариоты, многоклеточные, скелет, теплокровность и т.п.). Направленность макроэволюции на усложнение части организмов и возникновение человека.

Экология как наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей средой. Понятие экосистемы. Элементы экосистем: биотоп (участок водоема или суши с однотипным климатом, рельефом и др. абиотическими условиями) и биоценоз (см. выше). Виды природных экосистем (озеро, лес, пустыня, тундра, океан… биосфера). Экологические факторы (биотические, абиотические, антропогенные). Экологическая ниша как совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида. Биогеоценоз, его состав и функции (потребление и преобразование энергии, поддержание биогенного круговорота веществ). Формы биотических отношений (хищник-жертва, паразитизм, нейтрализм, симбиоз, мутуализм). Пределы толерантности как способности организмов переносить неблагоприятные воздействия.