Биология с основами экологии
Уфа, 2011
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. БИОЛОГИЯ КАК НАУКА. МЕТОДЫ БИОЛОГИИ.. 4
1.1. Этапы развития биологии. 4
1.2. Методы исследований, используемые в биологии. 8
2. СУЩНОСТЬ ЖИВОГО.. 11
2.1. Свойства живого. 11
2.2. Функции живого ……………………………………………………...….14
2.3. Уровни организации живой материи. 16
2.4. Клетка – элементарная живая система. Клеточная теория. 18
2.5. Эукариоты, прокариоты, вирусы.. 20
3. БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ.. 24
3.1. Оболочка клеток. 24
3.2. Строение мембранных органоидов клетки. 25
3.3. Строение немембранных органоидов. 36
3.4. Химический состав клетки. 40
4. ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ КЛЕТОК И РАЗМНОЖЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ.. 45
4.1. Деление клетки. 45
4.2. Размножение организмов. 49
4.3. Образование половых клеток (гаметогенез) 54
4.4. Оплодотворение у животных. 55
4.5. Оплодотворение у цветковых растений. 57
4.6. Этапы эмбриогенеза. 58
4.7. Биогенетический закон (закон Геккеля-Мюллера) 60
ЛИТЕРАТУРА.. 60
ГЛОССАРИЙ …………………………………………………………………62
1. ИЗМЕНЧИВОСТЬ, ЕЕ ВИДЫ.. 4
1.1. Понятие изменчивости, ее признаки. 4
1.2. Ненаследственная изменчивость. 5
1.3. Наследственная изменчивость. 7
1.4. Виды мутаций …………………………………………………………......9
2. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ
ЗАКОНЫ МЕНДЕЛЯ.. 15
2.1. Понятие наследственности. 15
2.2. Гибридологический метод изучения наследования. 16
2.3. Законы Менделя. 17
2.4. Анализирующее скрещивание. 20
2.5. Кариотип. Строение хромосомы.. 21
2.6. Хромосомное определение пола. 24
3. ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА.. 26
3.1. Генетический материал. 26
3.2. Методы изучения генетики человека. 28
4. БИОСИНТЕЗ БЕЛКОВЫХ МОЛЕКУЛ.. 32
5. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ. ЭТАПЫ АНТРОПОГЕНЕЗА.. 34
5.1. Определение живого. 34
5.2. Теории возникновения жизни. Стадии биопоэза. 36
5.3. Антропогенез – процесс исторического развития человека. 41
6. ЭВОЛЮЦИОННОЕ УЧЕНИЕ. 44
6.1. Эволюция органического мира. Микроэволюция. 44
6.2. Вид и популяция как эволюционные единицы.. 48
6.3. Факторы эволюции. 49
6.4. Макроэволюция. 50
ЛИТЕРАТУРА ………………………………………………………………..53
ГЛОССАРИЙ …………………………………………………..…………….. 55
1. ОРГАНИЗМ И СРЕДА…………………………………………………………..4
1.1. Экологические факторы.. 4
1.2. Абиотические факторы.. 5
1.3. Биотические факторы.. 9
2. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВИДА И ПОПУЛЯЦИИ
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ.. 12
2.1. Вид и популяция как экологические единицы.. 12
2.2. Пищевые цепи и сети. Правило экологической пирамиды.. 13
2.3. Экосистемы, биогеоценозы.. 14
2.4. Экосистемы, создаваемые человеком. 16
3. БИОСФЕРА И ЧЕЛОВЕК.. 17
3.1. Понятие о биосфере, ее границы.. 17
3.2. Важнейшие экологические проблемы современности. 18
3.3. Природные ресурсы и их классификация ………………………...……20
3.4. Особо охраняемые территории …………………………………………21
3.5. "Красная книга" ………………………………………………………….23
ЛИТЕРАТУРА.. 25
ГЛОССАРИЙ …………………………………………………………………27
БИОЛОГИЯ КАК НАУКА. МЕТОДЫ БИОЛОГИИ
Биология – наука о жизни, об общих закономерностях существования и развития живых существ. Предметом ее изучения являются живые организмы, их строение, функции, развитие, взаимоотношения со средой и происхождение. Биология относится к естественным наукам. Термин «биология» впервые был предложен лишь в 1802 г. французским натуралистом Ж.-Б. Ламарком.
Этапы развития биологии
Первые сведения о живых организмах начал накапливать еще первобытный человек. Живые организмы доставляли ему пищу, материал для одежды и жилища. Уже в то время появилась необходимость знать свойства растений и животных, места их обитания и произрастания, сроки созревания плодов и семян, особенности поведения животных. Так постепенно вследствие насущных повседневных потребностей накапливались сведения о живых организмах. Приручение животных и начало возделывания растений потребовали более глубоких сведений о живых организмах.
Первоначально накапливающийся опыт передавался устно от одного поколения другому. Появление письменности способствовало лучшему сохранению и передаче знаний.
Уже в литературных памятниках египтян, вавилонян, индийцев и др. содержатся сведения о строении многих растений и животных, о применении этих знаний в медицине и сельском хозяйстве. В XIV веке до н.э. многие клинописные таблички, созданные в Месопотамии, содержали сведения о животных и растениях, о систематизации животных путем разделения их на плотоядные и травоядные, а растения – на деревья, овощи, лекарственные травы и т.д.
Значительный фактический материал о живых организмах был собран великим врачом Греции Гиппократом (460–377 гг. до н. э.). Ему принадлежат первые сведения о строении животных и человека, описание костей, мышц, сухожилий, головного и спинного мозга. Естествознание и философия античного мира в наиболее концентрированном виде представлены в трудах Аристотеля (384–322 гг. до н. э.). Он описал более 500 видов животных и сделал первую попытку их классификации. Аристотель интересовался строением и образом жизни животных. Им были заложены основы зоологии. Аристотель оказал огромное влияние на дальнейшее развитие естествознания и философии. Работы Аристотеля в области изучения и систематизации знаний о растениях продолжил Теофраст (372–287 гг. до н. э.). Его называют «отцом ботаники». Расширением знаний о строении человеческого тела античная наука обязана римскому врачу Галену (139–200 гг. н. э.) производившему вскрытие обезьян и свиней. Римский поэт и философ Тит Лукреций Кар, живший в I в. до н. э., в поэме «О природе вещей» выступил против религии и высказал мысль о естественном возникновении и развитии жизни.
В период рабовладельческого строя возникают афинская и римская школы в изучении животных и растений.
В средние века господствующей идеологией была религия. Однако научные знания все же продолжали развиваться. Мигель Сервет (1511–1553 гг.), открывший малый круг кровообращения, был объявлен еретиком и сожжен на костре. Леонардо да Винчи (1452-1519) открыл гомологию органов, охарактеризовал многие растения, представил поведение птиц в полете, открыл щитовидную железу, описал способ соединения костей суставами, деятельность сердца и зрительную функцию глаза, отметил сходство костей человека и животных.
Чрезвычайно быстрое накопление научных данных о живых организмах вело к дифференцировке биологических знаний, к разделению биологии на отдельные науки по объектам и задачам изучения. В XVI-XVII веках стала стремительно развиваться ботаника (в этот период создан микроскоп), с XVI века быстро развивается и зоология. Большое влияние на развитие зоологии в последующем оказала система классификаций животных, созданная К. Линнеем. Введя таксономические подразделения (класс – отряд – род - вид), он классифицировал животных на шесть классов: млекопитающие, птицы, амфибии, рыбы, насекомые, черви.
Современный живой мир исследователями классифицируется по-разному. Выделяют пять основных царств живого. Наиболее крупными из них являются царства растений и животных. Живые организмы объединяют в группы (таксоны). Так, таксономическое положение человека выглядит следующим образом:
| Царство | Животные |
| Типы: | Кишечнополостные, Плоские черви, Круглые черви, Кольчатые черви, Моллюски, Членистоногие, Иглокожие, Хордовые |
| Подтипы: | Оболочники, Бесчерепные, Круглоротые, Позвоночные |
| Классы: | Костные рыбы, Хрящевые рыбы, Земноводные, Пресмыкающиеся, Птицы, Млекопитающие |
| Подклассы: | Однопроходные (яйцекладущие), Сумчатые, Планцентарные |
| Отряды: | Насекомоядны, Рукокрылые, Грызуны, Зайцеобразные, Хищные, Ластоногие, Китообразные, Парнокопытные, Непарнокопытные, Приматы |
| Подотряды: | Низшие обезьяны, Высшие обезьяны |
| Семейства: | Гиббонообразные, Понгиды, Человекообразные |
| Род: | Гориллы, Шимпанзе, Люди (Homo) |
| Вид: | Человек разумный (Homo sapiens) |
В XVIII-XIX веках трудами К.Ф. Вольфа, К.М. Бэра и др. закладываются основы эмбриологии. С этого времени эмбриология развивается в качестве самостоятельной науки. В 1839 г. Т. Шванн и М. Шлейден формулируют клеточную теорию, являющуюся важнейшим обобщением знаний о клетке, ставших известными к концу первой трети XIX века.
В 1859 г. Ч. Дарвин публикует «Происхождение видов». В этом труде сформулирована теория эволюции.
В первой половине XIX века возникает бактериология, которая благодаря трудам Л. Пастера, Р. Коха, Д. Листера и И.И. Мечникова в последующем перерастает в микробиологию как самостоятельную науку. К концу XIX века в качестве самостоятельных наук оформляются паразитология и экология.
В 1865 г. была опубликована работа Г. Менделя «Опыт над растительными гибридами», в которой было обосновано существование генов и сформулированы закономерности, которые в настоящее время называют законами наследственности. После повторного открытия этих законов в XX веке в качестве самостоятельной науки оформляется генетика.
Важнейшим рубежом в развитии биологии в XX веке стали 40-50-е годы, когда в биологию хлынули идеи и методы физики и химии, а в качестве объектов стали использовать микроорганизмы. В 1944 г. была открыта генетическая роль ДНК, а в 1953 г. выяснена ее структура, а в 1961 г. был расшифрован генетический код, с открытием генетической роли ДНК и механизмов синтеза белков из генетики и биохимии произошло вычленение молекулярной биологии и молекулярной генетики, которые в совокупности часто называют физико-химической биологией. Основным предметом изучения молекулярной биологии и генетики стали структура и функции нуклеиновых кислот и белков. Возникновение этих наук означало генетический шаг в изучении явлений жизни на молекулярном уровне живой материи.
Таким образом, для биологии ХХ в. в целом характерны два процесса. Во-первых, вследствие накопления огромного фактического материала прежние единые науки начинают распадаться на отдельные отрасли. Так, из зоологии выделились энтомология, гельминтология, протозоология и многие другие отрасли, из физиологии – эндокринология, физиология высшей нервной деятельности и т. д. Во-вторых, намечается тенденция к сближению биологии с другими науками: возникли биохимия, биофизика, биогеохимия и др. Появление пограничных наук указывает на диалектическое единство многообразных форм существования и развития материи, способствует преодолению метафизического разобщения в изучении форм ее существования. В последние десятилетия в связи с бурным развитием техники и новейшими достижениями в ряде областей естествознания возникли молекулярная биология, бионика, радиобиология, космическая биология.
Молекулярная биология – область современного естествознания. Используя теоретические основы и экспериментальные методы химии и молекулярной физики, она дает возможность исследовать биологические системы на молекулярном уровне.
Бионика изучает функции и строение организмов с целью использования тех же принципов при создании новой техники. Если до настоящего времени биология была одной из теоретических основ медицины и сельского хозяйства, то ныне становится также одной из основ техники будущего.
Появление радиобиологии – учения о действии ионизирующих излучений на живые организмы – связано с открытием биологического действия рентгеновских и гамма-лучей, особенно после обнаружения природных источников радиоактивности и создания искусственных источников ионизирующих излучений.
До недавнего прошлого биология оставалась чисто земнойнаукой, изучающей формы жизни только на нашей планете. Однако успехи современной техники, позволившие создать летательные аппараты, способные преодолевать земное притяжение и выходить в космическое пространство, поставили перед биологией ряд новых задач, являющихся предметом космической биологии. В решении вопросов сегодняшнего дня вместе с биологами принимают участие математики, кибернетики, физики, химики и специалисты в других областях естествознания.