Содержание государственного экзамена

Содержание государственного экзамена
Материя и её свойства
Материя как множество сосуществующих в мире объектов и систем.
Движение материи. Вещество. Физическое поле как особый вид материи.
Макро-, микро- и мегамир как уровни материи. Элементарные частицы и их
классификация. Взаимодействие как основная причина движения материи.
Гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия.
Тепловое излучение. Квантовая теория Планка. Квантово-механическое
обоснование периодического закона Д.И. Менделеева. Основные понятия
ядерной физики. Радиоактивность. Закон сохранения энергии. Принцип
симметрии. Энтропия и вещество. Энтропия в химии и биологии.
Естествознание – комплекс наук о природе
Понятие природы как единого целого. Исторические этапы познания
природы: натурфилософия, аналитическое познание. Возникновение физики,
химии, биологии, географии, геологии. Синтетическое естествознание.
Необходимость создания физической химии, физико-химической биологии.
Появление интегрального естествознания в конце ХХ столетия.
Кибернетика. Синергетика. Предмет современного естествознания.
Фундаментальные и прикладные науки. Методы естественнонаучных
исследований.
Представления о жизни в современном естествознании
Современная наука и проблема жизни. Определения жизни.
Структурные уровни организации живой материи. Особенности живых
систем. Основные теории происхождения жизни. Креационизм. Спонтанное
зарождение жизни. Значение работ Л. Пастера для доказательства теории
биогенеза. Теории стационарного состояния, панспермии. Биохимическая
эволюция: работы А.И. Опарина, С. Миллера, Ф. Крика. Химический состав
живой природы. Мономеры и макромолекулы. Клетка как элементарная
единица живого. Начальные этапы биологической эволюции.
Этапы эволюции биосферы
Становление первичных экосистем. Первичный бульон и эобионты.
Эволюция ферментных систем и отбор. Гетеротрофный этап эволюции
биосферы. Структура и функции гетеротрофных экосистем. Возможные
компоненты архейских экосистем. Изменение окружающей среды
протобионтами и первый глобальный экологический кризис. Возникновение
хемосинтеза.
Автотрофный этап эволюции биосферы. Фотоавтотрофные экосистемы:
структура и функционирование. Изменение окислительного потенциала
биосферы при массовом распространении фотоавтотрофии; возникновение
кислородной атмосферы и ее последствия для эволюции жизни. Второй
глобальный экологический кризис. Ископаемые остатки фотоавтотрофов.
Строматолиты, онколиты. Возникновение дыхания и его значение для
эволюции биосферы. Появление эукариотических организмов и их значение
для эволюции экосистем. Основные события в эволюции протерозойской
биосферы.
Криптозой и фанерозой. Изменения морской биоты в конце протерозоя.
Вендская биосфера. Эдиакарская биота и эволюция многоклеточности.
Оледенения позднего докембрия и их возможное влияние на эволюцию
биосферы. Появление скелетных фаун и нижнекембрийская биосферная
революция. Эволюция биосферы в палеозое. Эволюция морской биоты в
позднем палеозое. Появление сосудистых растений и их выход на сушу.
Экосистемы девона. Появление лесов. Первые наземные животные.
Эволюция биосферы в мезозое и кайнозое. Последствия изменения
фитоценозов суши и глобального вымирания в океане. Появление глубоких
океанов и смена океанической циркуляции. Особенности атмосферной
циркуляции мезозоя и их влияние на формирование природных зон. Фауна и
флора юрского периода. Меловой экологический кризис и вымирание в конце
мелового периода.
Развитие и смена биоценозов на суше и в континентальных водоемах
палеогена. Похолодание и аридизация неогена и их влияние на развитие
биосферы. Плейстоценовый этап биосферной эволюции. Оледенение и его
воздействие на экосистемы суши.
Возникновение человека и его влияние на биосферу. Воздействие ранних
форм хозяйственной деятельности на биоценозы.
Молекулярная биология клетки
Нуклеиновые кислоты и гены. Основы репликации. Генетический код.
Трансляционный аппарат клетки. Трансляция генетического кода. Регуляция
экспрессии генов. Клонирование генов.
Структура глобулярных и фибриллярных белков. Принципы действия
ферментов. Эволюция белков. Биологические мембраны: значение и сборка.
Создание молекул рекомбинантных ДНК. Ферменты рестрикции. Векторы.
Клонирование ДНК в бактериальных, эукариотических клетках. Метод ПЦР.
Геномные библиотеки.
Теории эволюции и генетические основы эволюции органического мира
Теория эволюции Ж.-Б. Ламарка. Ч. Дарвин и А. Уоллес о
происхождении видов в результате естественного отбора. Синтетическая
теория эволюции. Работы Н.В. Тимофеева – Ресовского, С.С. Четверикова,
А.С. Серебровского. Подтверждения теории эволюции: палеонтологические,
географические, морфологические, анатомические, биохимические. Единство
и многообразие органического мира. Микро- и макроэволюция. Генетика и
эволюция. Популяционная генетика.
Естественный отбор и подходы к его изучению: популяционногенетический, адаптационистский. Контрбаланс векторов движущего отбора
в популяциях хордовых животных. Популяционная структура вида и
генетическая изменчивость. Эволюционный стазис и формирование
экологической ниши вида. Соотношение контрбаланса векторов движущего
и стабилизирующего отбора. Внутривидовое разнообразие как причина
эволюционного стазиса.
Эволюция генома
Нуклеотидная последовательность генов. Классификация генов. Общие
черты генома эукариот. Организация генома человека. Хромосомная
организация генома. Специфичные гены для организмов. Эволюция
эукариотического генома. Дупликация генов. Сравнительная геномика:
семейства генов иммуноглобулинов, глобиновых и гистоновых генов.
Биотехнология и её последствия для общества
Генетические болезни: диагноз и скрининг. Генетическое тестирование
и этические проблемы. Генная терапия и этические проблемы. Метод
«отпечатков пальцев» в изучении ДНК и его судебное применение. Прогноз
развития исследований по геномным проектам. Продукция инсулина
бактериями. Трансгенные животные, фармацевтические продукты,
культурные растения. Экологические проблемы генетической инженерии.
Биосфера и ноосфера
Жизнь как биологический круговорот веществ. Концепция В.И.
Вернадского о биосфере и феномен человека. Атмосфера. Гидросфера.
Литосфера. Живое вещество как системообразующий фактор биосферы.
Свойства живого вещества биосферы. Энергетическая, концентрационная,
средообразующая, транспортная, деструктивная функции живого вещества.
Биосфера – экосистема планетарного масштаба. Биогеохимические циклы.
Космические циклы. Цикличность эволюции. Человек как космическое
существо. Ноосфера: история развития теории. Биогенез и ноогенез.
Коэволюция. Компоненты ноосферы: человечество, совокупность научных
знаний, сумма техники и технологии в единстве с биосферой. Концепция
устойчивого развития.
Эволюция общества и его отношение к природе. Научно - техническая
революция и глобальный экологический кризис. Потенциальные
экологические опасности. Экологическое значение техники. Математическое
моделирование в экологии. Глобальное моделирование. Концепция
устойчивого развития. Этапы развития социальной экологии. Место
социальной экологии в системе культуры.
Экологическая гетерогенность растений
Различные уровни и способы адаптации растений к условиям
окружающей среды: специфическая ритмика роста и развития растений;
преобразование анатомической структуры их вегетативных органов;
особенности метаболизма; различные формы редукции и метаморфозы
органов. Фитоиндикация. Экологические группы растений. Экологофитоценотические стратегии растений. Экологическая гетерогенность
популяций растений. Экотипы растений. Экологические ниши растений.
Влияние условий освещённости: растения гелиофиты и сциофиты.
Влияние условий увлажнения; растения гигрофиты, мезофиты и ксерофиты.
Влияние водной среды: растения гидрофиты. Влияние почвенных условий:
растения псаммофиты и галофиты. Влияние ветра. Влияние биотических
факторов.
Морфо-биологические основы экологии животных
Единство организма и среды как исторически сложившееся
взаимодействие вида с абиотическими и биотическими условиями.
Местообитание животных, микроклимат. Распределение животных в
пространстве и во времени. Факторы, определяющие распространение
животных.
Экологические
аспекты
метаболизма
животных.
Компоненты
метаболизма. Необходимое количество потребляемой пищи. Зависимость
обмена веществ от размеров у различных видов и в процессе развития.
Зависимость метаболизма от поведения. Зависимость обмена веществ от
температуры.
Воздействие температуры на организм, рост, развитие,
размножение. Специфичность роста разных видов, темп роста особей и его
изменчивость в зависимости от факторов среды, изменчивость темпа роста с
возрастом, различия роста организма пойкилотермных и гомойотермных
животных, связь линейного роста с ростом массы тела. Методы определения
возраста животных по регистрирующим структурам. Верхний и нижний
температурные пределы жизни и отдельных биологических процессов.
Газообмен водных животных. Приспособления к газовому режиму
водоемов и его колебаниям. Газообмен сухопутных животных.
Приспособления к изменениям парциального давления кислорода с высотой.
Сходство принципиальных механизмов приспособления к гипоксии у водных
и наземных животных. Ныряющие животные и их специфические адаптации
к функциональной гипоксии.
Водно-солевой обмен водных животных. Водный обмен и минеральное
питание сухопутных животных и обитателей почвы. Зависимость этих
процессов от внешних условий. Морфофизиологические и поведенческие
приспособления сухопутных животных к колебаниям обеспеченности
организма водой и минеральными веществами.
Экология популяций животных
Генетическая структура популяций животных. Пространственная
структура популяций животных и ее адаптивное значение. Механизмы,
поддерживающие
определённое
пространственное
распределение
организмов. Размеры индивидуального участка и средняя плотность
популяции как функция размера животных.
Этологическая структура популяций животных. Разнокачественность
особей в популяциях. Иерархия и доминирование. Биологическое значение
упорядоченности взаимоотношений особей в популяциях.
Информационное поле в популяциях, механизмы и экологическое
значение.
Возрастная структура популяций. Морфофизиологические отличия разных
возрастных групп и их биологическое значение.
Половая структура популяций. Соотношение полов и его значение в
темпах воспроизводства популяций. Динамика половой структуры. Роль
плотности населения в изменении половой структуры.
Факторы, определяющие численность популяции. Методы определения
численности животных. Регуляция численности популяции. Типы миграций,
подразделение миграционного цикла, кормовые, нерестовые и зимовальные
миграции, зависимость миграций от возрастного состава популяций и
абиотических факторов среды, суточная, сезонная и годовая цикличность
миграций.
Экология сообществ
Биоценозы как формы организации живого населения биосферы.
Межвидовые отношения как основа сообществ, их специфика. Отношения
хищник-жертва. Колебания системы хищник-жертва. Коэволюция хищника и
жертвы. Конкуренция и её основные формы.
Динамика численности отдельных видов. Ее типы и их связь с
особенностями
биологии
видов.
Соотношение
плодовитости,
продолжительности жизни и смертности у разных видов животных.
Основные факторы динамики численности отдельных видов. Роль
климатических и кормовых условий, взаимовлияние хищников и их жертв,
значение эпизоотий. Популяционные механизмы регуляции плотности
населения и численности. Теоретические основы прогнозов численности
практически важных групп животных.
Животные и растения в экосистемах
Концепция экосистемы. Подход к определению экосистемы с
трофической и функциональной точки зрения. Типы потоков энергии в
экосистемах.
Энергетические
характеристики
среды.
Концепция
продуктивности. Пищевые цепи, сети, трофические уровни. Экологические
пирамиды. Трофические уровни консументов в экосистемах. Первичная и
вторичная продукция, эффективность создания вторичной продукции в цепях
питания. Регулирующая и стабилизирующая роль консументов в экосистемах.
Смена фаунистических комплексов в сукцессионном ряду.
Экологические группы животных и растений и их роль в процессах
трансформации энергии в биосфере. Роль разных экологических групп
беспозвоночных животных в водных и наземных экосистемах. Рыбы в
структуре биоценозов водоёмов.
Роль амфибий, рептилий, птиц и
млекопитающих в наземных и водных экосистемах. Сохранение
биологического разнообразия животных, принципы и подходы.
Структурно-функциональная организация биогеоценотического
лесного покрова
Вертикальная дифференциация биогеоценотического лесного покрова.
Горизонтальная дифференциация биогеоценотического лесного покрова.
Популяционная организация и сукцессионная динамика лесных экосистем
(биогеоценозов). Разграничение представлений о потенциях и позициях
системы. Определение основных понятий синэкологии с популяционных
позиций. Анализ вербальных моделей сукцессий с позиций популяционной
парадигмы. Реконструкция климаксового состояния лесных экосистем на
основе учета популяционных мозаик ключевых видов растений и животных.
Сукцессионное состояние лесного покрова
Сложность проведения оценки сукцессионного статуса. Диагностика
сукцессионного состояния фитохор на основе лесоустроительных и
геоботанических данных. Система подходов и методов исследования
сукцессионной динамики лесных экосистем с позиций популяционной
биологии ключевых видов. Типологическая принадлежность фитохор.
Геоботанические профили как способ отражения структуры фитокатены.
Формирование
геоботанической
карты
малого
бассейна.
Фитохорологический анализ территории бассейна. Катенарный подход к
изучению биогеоценотического лесного покрова. Оценка экосистемных
функций и услуг как основа принятия решений для устойчивого
лесопользования. Экспертная диагностика состояния лесного покрова
речного бассейна. Экологически обоснованное зонирование лесного покрова.
Экология водоёмов
Основные факторы, определяющие продуктивность водоёмов.
Понятие продукции и деструкции. Их соотношение в природных водоёмах.
Первичная и вторичная продукция. Классификация водоёмов по
биологической
продуктивности.
Пути
повышения
биологической
продуктивности водоемов. Биологические ресурсы гидросферы, их освоение
и
воспроизводство
промысловых
гидробионтов.
Акклиматизация
гидробионтов. Гидробиологические аспекты аквакультуры.
Загрязнение
водоемов. Классификация загрязнений и их влияние на жизнедеятельность
гидробионтов. Антропогенная эвтрофикация, термофикация водоемов.
Биологическое самоочищение водоемов и формирование качества воды.
Минерализация органического вещества, биоседиментация и биологическая
детоксикация. Методы оценки экологического состояния водоёмов.
Биологическая индикация загрязнения водоемов. Токсикологический
контроль. Гидробиологический мониторинг. Загрязнение мирового океана и
пресных вод. Мировые запасы воды. Проблема недостатка пресной воды.
Методы биологической очистки сточных вод.
Воздействие человека на биосферу
Антропогенные воздействия на природу на разных этапах развития
человеческого общества. Экологический прогноз. Проблема устойчивого
развития. Основные законы природопользования. Понятия об экологическом
кризисе и экологической катастрофе. Глобальные проблемы человечества.
Проблемы изменения климата на планете. Загрязнение атмосферы и его
последствия. Разрушение озонового слоя, парниковый эффект, кислотные
дожди. Состояние атмосферы крупных городов и промышленных центров.
Сокращение лесных ресурсов планеты и его последствия. Лесные
ресурсы России, причины их сокращения, рациональное использование и
охрана лесов. Воздействие человека на животных. Причины вымирания
видов животных. Охрана редких и вымирающих видов. Особо охраняемые
природные территории.
Минерально-сырьевые ресурсы. Распределение и запасы минерального
сырья в мире и в России. Значение почв в природе и жизни человека. Виды
эрозии почв. Борьба с эрозией почв. Защита почв от засоления,
заболачивания и прямого уничтожения.
Источники радиационного загрязнения биосферы. Опасность
радиационного загрязнения.