Живая природа как объект изучения биологии Методы исследования живой природы в биологии. Определение жизни. Уровни организации жизни Задачи: Обучающие: Показать многообразие живого мира, сформировать целостное (научное) определение жизни, выявить свойства живых систем, показать гармоничность всего живого и его целесообразность. Развивающие: Способствовать развитию интеллектуальных умений и памяти; продолжить умение сравнивать и анализировать, выделять главное. Сформировать целостную картину мира. Воспитательные: Способствовать формированию научного мировоззрения, реализовать экологическое и эстетическое воспитание, половое и трудовое воспитание. Биология (греч. bio — жизнь и logos — знание, учение, наука) — наука о живой природе Задачи биологии: изучение закономерностей проявления жизни (строения и функций живых организмов и их сообществ, распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и неживой природой); раскрытие сущности жизни; систематизация многообразия живых организмов. Значение биологии: Биология является теоретической основой таких наук, как медицина, психология, социология. Биологические знания используются в пищевой промышленности, фармакологии, сельском, лесном и промысловом хозяйствах. Достижения биологии используются при решении глобальных проблем современности: взаимоотношения общества с окружающей средой, рационального природопользования и охраны природы, продовольственного обеспечения. Многообразие живой природы настолько велико, что современная биология представляет собой комплекс биологических наук, значительно отличающихся одна от другой. При этом каждая имеет собственный предмет изучения, методы, цели и задачи. Жизнь - особая форма существования белковых тел Жизнь тел, есть способ существования белковых существенным является постоянный моментом обмен которого веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением прекращается этого и жизнь, разложению белка». обмена что веществ приводит к Методы биологии Современная биология располагает широким набором методов исследования. Основными являются следующие методы. Название метода Характеристика Метод наблюдения и описания Сбор и описание фактов Метод измерений Измерение характеристик объектов Сравнительный метод Анализ сходства и различий изучаемых объектов Исторический метод Изучение хода развития исследуемого объекта Метод эксперимента Изучение явления природы в заданных условиях Метод моделирования Описание сложных природных явлений относительно простыми моделями Метод прогнозирования Предсказание будущего объекта или процесса Связь биологии с другими науками Биология принадлежит к комплексу естественных наук, то есть наук о природе, и тесно связана с другими науками: фундаментальными (математикой, физикой, химией); естественными (геологией, географией, почвоведением); общественными (психологией, социологией); прикладными (биотехнологией, бионикой, растениеводством, охраной природы). Уровни организации живой материи Уровень Молекулярный (молекулярногенетический) Характеристика На этом уровне живая материя организуется в сложные высокомолекулярные органические соединения, такие как белки, нуклеиновые кислоты и др. Субклеточный (надмолекулярный) На этом уровне живая материя организуется в органоиды: хромосомы, клеточную мембрану, эндоплазматическую сеть, митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы, рибосомы и другие субклеточные структуры. Клеточный На этом уровне живая материя представлена клетками. Клетка является элементарной структурной и функциональной единицей живого. Органно-тканевой На этом уровне живая материя организуется в ткани и органы. Ткань — совокупность клеток, сходных по строению и функциям, а также связанных с ними межклеточных веществ. Орган — часть многоклеточного организма, выполняющая определённую функцию или функции. Организменный (онтогенетический) На этом уровне живая материя представлена организмами. Организм (особь, индивид) — неделимая единица жизни, её реальный носитель, характеризующийся всеми её признаками. На этом уровне живая материя организуется в популяции. Популяция — совокупность особей одного вида, образующих обособленную генетическую систему, которая длительно существует в определённой части Популяционно-видовой ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида. Вид — совокупность особей (популяций особей), способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства и занимающих в природе определённую область (ареал). Биоценотический На этом уровне живая материя образует биоценозы. Биоценоз — совокупность популяций разных видов, обитающих на определённой территории. Биогеоценотический На этом уровне живая материя формирует биогеоценозы. Биогеоценоз — совокупность биоценоза и абиотических факторов среды обитания (климат, почва). Биосферный На этом уровне живая материя формирует биосферу. Биосфера — оболочка Земли, преобразованная деятельностью живых организмов. Признаки живого организма: Обмен веществ Обмен энергии Питание Дыхание Выделение Раздражимость Подвижность Для живого характерен ряд общих свойств: 1. Единство химического состава. Живые существа образованы теми же химическими элементами, что и неживые объекты, но в живых существах 90 % массы приходится на четыре элемента: углерод (C), кислород (O), азот (N), водород (H) 2. Единство структурной организации. Живые системы способны создавать порядок из хаотичного движения молекул, образуя определенные структуры. Для живого характерна упорядоченность в пространстве и времени. Это комплекс сложных саморегулирующихся процессов обмена веществ, протекающих в строго определенном порядке, направленном на поддержание постоянства внутренней среды. Клетка является единой структурно-функциональной единицей живого. Исключением являются вирусы. 3. Дискретность и целостность. Любая биологическая система (клетка, организм, вид) состоит из отдельных частей, т.е. дискретна. Взаимодействие этих частей образует целостную систему (например, в состав организма входят отдельные органы, связанные структурно и функционально в единое целое). Различают пространственную и временную дискретность. Пространственная дискретность нарушается во время оплодотворения с целью обеспечения непрерывности живой материи. Дискретность во времени означает, что любой организм на Земле имеет конечное время существования. Смерть – неотъемлемое свойство жизни на планете. Приспособление к меняющимся условиям происходит только через смену поколений. 4. Обмен веществ и энергии. Все живые организмы способны к обмену веществ и энергии с окружающей средой. Обмен веществ состоит из двух взаимосвязанных процессов: синтез органических веществ и процесс распада органических веществ с выделением энергии. 5. Самовоспроизведение самовоспроизведению (репродукция). является важнейшим Способность свойством всех к живых организмов. В ее основе лежит информация о строении и функциях любого живого организма, заложенная в нуклеиновых кислотах и обеспечивающая специфичность структуры и жизнедеятельности живого. 6. Саморегуляция и гомеостаз. Действие разнообразных раздражителей внешней среды приводит к изменению состояния живого организма. Способность организма противостоять изменчивости окружающей среды обеспечивается саморегуляцией и поддержанием гомеостаза. Гомеостаз – динамическое постоянство внутренней среды организма, одно из основных условий существования живого. Гомеостаз поддерживается координированной деятельностью клеток, тканей и органов организма. Механизмы поддержания гомеостаза лежат в основе приспособления организма к изменяющимся условиям существования, его адаптации. 7. Рост и развитие. Все живые организмы растут. Однако если растения и грибы обладают неограниченным ростом (растут всю свою жизнь), то животные и человек растут до определенного времени (считается, что человек растет до 25 лет). Онтогенез – процесс развития организма от момента образования зиготы до окончания жизненного цикла (до смерти). 8. Раздражимость. Любой живой организм способен избирательно реагировать на одноклеточные внешние живые и внутренние организмы отвечают воздействия. на Если раздражитель движением, то у человека этот процесс достаточно сложный. Раздражимость у растений с первого взгляда не заметна, но некоторые растения обладают поразительной прикосновению и могут ловить насекомых. чувствительностью к 9. Наследственность и изменчивость. Преемственность поколений обеспечивается наследственностью, но потомки не являются копиями своих родителей из-за способности наследственной информации к изменениям – изменчивости. Даже однояйцовые близнецы не всегда являются копиями друг друга. 10. Эволюция. проявляются на Все уровне вышеперечисленные организма или свойства сообщества организмов. Эволюция есть атрибут жизни на Земле в целом и характеризуется повышением уровня организации ведущих представителей каждой последующей геологической эпохи по сравнению с предшествующей. Уровни организации живых систем: При изучении живой материи приходится иметь дело с большим количеством взаимодействующих элементов, с иерархически организованной сложностью. В современной биологии очень важен системный подход, системное видение и понимание проблем. Основы системного подхода заложены в трудах российского ученого А.А. Богданова (1913-22 гг.) и австрийского биолога Л. фон Берталанфи, опубликованных в 50-х годах 20 века. Система – это совокупность взаимодействующих элементов, имеющая входы и выходы для обмена со средой веществом, информацией и энергией. Систему совокупность взаимодействующих рассматривают подсистем и как элементов, составляющих единое целое. Регуляция и саморегуляция системы идет по прямым и обратным связям. Для систем характерны упорядоченность, саморегуляция, саморазвитие, пространственные ограничения. Цель, структура и функция систем – неотъемлемые, взаимосвязанные и взаимобусловленные атрибуты единого целого. Разным целям соответствуют разные по структуре и функции системы. Основные принципы системного подхода: Целостность, позволяющая рассматривать одновременно систему как единое целое и в то же время как подсистему для вышестоящих уровней. Иерархичность строения, т.е. наличие множества (по крайней мере, двух) элементов, расположенных на основе подчинения элементов низшего уровня – элементам высшего уровня. Структуризация, позволяющая анализировать элементы системы и их взаимосвязи в рамках конкретной организационной структуры. Как правило, процесс функционирования системы обусловлен не столько свойствами ее отдельных элементов, сколько свойствами самой структуры. Множественность, позволяющая использовать множество различных моделей для описания отдельных элементов и системы в целом. Применительно к биологии можно отметить, что живые системы всех неразрывную уровней организации представляют структурно-функциональную собой совокупность организмов и среды их обитания, связанную потоками энергии, вещества и информации. Это открытые саморегулирующиеся и саморазвивающиеся системы, состоящие из подсистем. Биологическая система обладает закономерным свойством устойчивости, в ее основе лежит принцип необходимого разнообразия элементов системы. Следовательно, живая природа является целостной, но неоднородной иерархическая организации системой, организация. позволяет которой свойственна Иерархический выделить в живой принцип природе отдельные уровни, что удобно с точки зрения изучения жизни как сложного природного явления. Объектами изучения в биологии являются молекулы, клеточные органеллы, клетки, ткани, органы, организмы и надорганизменные системы, а также функциональные взаимосвязи между всеми ими. Молекулярно-генетический молекулярная биология, а также уровень химия изучает природных соединений, где исследуют основные биополимеры – ДНК, РНК, белки, полисахариды и другие компоненты клетки. Процессы молекулярного уровня организации (синтез и разложение белков, нуклеиновых кислот, липидов, обмен веществ и энергии, копирование генетической информации) обеспечивают существование жизни на всех уровнях. Однако жизнь нельзя свести лишь к молекулярному уровню. Элементарной единицей данного уровня является ген – участок молекулы ДНК, содержащий определенную генетическую информацию. Элементарное явление – редупликация (самовоспроизведение) молекул ДНК, в процессе которой могут возникать различные нарушения, изменяющие смысл генетической информации, что приводит к изменчивости. Клеточный уровень считают фундаментальным, на нем в полной мере поэтому клетку проявляются считают свойства элементарной живого, структурной и функциональной единицей живой материи. На клеточном уровне жизнь представлена самостоятельными одноклеточными организмами. Кроме этого, клетки входят в состав биологических тканей – совокупностей клеток, сходных по строению и функциям. Элементарное метаболизма. В клетке явление – реакции осуществляются клеточного реализация наследственной информации, обмен веществ и энергии. Эти процессы тесно связаны между собой. Клетки и их органеллы изучает особая наука – цитология. Тканевый уровень организации живого характерен для многоклеточных организмов. Клетки, даже входящие в состав одного многоклеточного организма, отличаются значительным морфофункциональным разнообразием. Возникшие в ходе эволюции сходные по строению и функциям клетки организма формируют ткани, специализированные на выполнении частных функций. Ткани состоят из клеток общего происхождения и сходных функций. Их изучает гистология. Органный уровень. Несколько тканей формируют органы – части тела, имеющие определенное строение, занимающие определенное место в организме и выполняющие характерные функции. Отдельные органы, как правило, хорошо различаются по своей структуре даже невооруженным глазом. Органы, объединенные функционально, образуют системы и аппараты органов. Структуры и функции органов и их систем изучают анатомия и физиология. Организменный уровень. Организм – это высокоинтегрированная живая система, причем характерной чертой эволюции тканевых клеток животных, является их возрастающая подчиненность надклеточным регулирующим системам, в первую очередь нервной и эндокринной. На этом уровне изучают процессы, происходящие в особи, начиная с момента ее зарождения и до прекращения жизни. Индивидуальное развитие особи, или онтогенез, дает возможность называть этот уровень онтогенетическим. Изменения, происходящие в течение всего онтогенеза особи, составляют элементарное явление на данном уровне. Существуют многоклеточные. два типа Организм жизнедеятельности служит биологических дисциплин. в организмов тех или предметом – иных одноклеточные проявлениях исследования и его многих Популяционный уровень. Элементарной единицей этого надорганизменного уровня является популяция – группа особей одного вида, обитающих в определенной местности в условиях, где возможно свободное скрещивание. например, лягушки, живущие в одном лесном озере, достаточно удаленном от других водоемов, служат примером популяции. Помимо свободного скрещивания, членов популяции объединяет многое другое, например, условия питания. В популяциях осуществляются элементарные эволюционные преобразования – естественный отбор и мутационный объединяются в вид. процесс. Несколько популяций Видовой уровень. Вид – это совокупность особей нескольких популяций, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, населяющих определенную территорию (ареал) и обладающих общими морфофункциональными признаками. Главная особенность вида заключается в его генетической обособленности. Виды, даже близкие, не скрещиваются либо не оставляют плодовитого потомства. Например, городские и деревенские ласточки могут иметь частично совпадающие места обитания, но видовую индивидуальность сохраняют и те и другие. Биогеоценотический (экосистемный) уровень. Его элементарной структурой является биогеоценоз, или экологическая система, – это устойчивая совокупность разных систематических групп (растений, животных, микроорганизмов) вместе со средой их обитания, объединенных обменом веществ и энергии в единый природный комплекс. Примером экосистемы может служить озеро, включающее сообщество гидробионтов (организмов, обитающих в воде), физические свойства и химический состав воды, особенность рельефа дна, состав и структуру грунта, взаимодействующий с поверхностью воды атмосферный воздух, солнечную радиацию. Экосистема – основная структурная единица окружающего мира. Закономерности функционирования экосистем изучает экология. Биосферный уровень. Биосферой называют оболочку Земли, включающие все биогеоценозы планеты. Совокупность всех живых организмов, населяющих Землю, составляет «живое вещество». Биосфера – единая глобальная экологическая система, область существования живого вещества. Элементарное явление на биосферном уровне связано с круговоротом веществ и энергии, происходящим при участии живых организмов. Все уровни организации живого тесно связаны между собой, что свидетельствует о целостности живой природы. Без биологических процессов, осуществляемых на этих уровнях, невозможны эволюция и существование жизни на Земле. На определенном этапе эволюционного развития биосферы появился человек, в котором объединены биологическое и социальное начала. В жизни человека главную роль играют социальные взаимоотношения. При этом человечество остается составной частью биосферы. Здоровье человека зависит от умения приспосабливаться к меняющимся условиям среды. Если эта способность проявляется заболевания, недостаточно, затрагивающие то могут различные возникнуть уровни организации жизни (клеточный или организменный).
