Osiągnięcia biologii we współczesnych wersjach taksonomii życia
W oparciu o najnowsze osiągnięcia naukowe współczesnej biologii przyjęto następującą definicję życia: „Życie jest otwartym, samoregulującym się i samoreprodukującym się systemem agregatów organizmów żywych, zbudowanym ze złożonych polimerów biologicznych – białek i kwasów nukleinowych” (I. I. Mechnikov).
Ostatnie postępy w biologii doprowadziły do pojawienia się zasadniczo nowych kierunków w nauce. Odkrycie struktury molekularnej jednostek strukturalnych dziedziczności (genów) posłużyło jako podstawa do stworzenia inżynierii genetycznej. Stosując jej metody tworzone są organizmy o nowych, także tych nie występujących w przyrodzie, kombinacjach dziedzicznych cech i właściwości. Otwiera możliwość hodowli nowych odmian roślin uprawnych i wysoce produktywnych ras zwierząt, tworzenia skutecznych leków itp.
Dzika przyroda zaaranżowała się genialnie prosto i mądrze. Ma pojedynczą, samoreprodukującą się cząsteczkę DNA, na której zapisany jest program życia, a dokładniej cały proces syntezy, budowy i funkcji białek jako podstawowych elementów życia. Oprócz zachowania programu życiowego cząsteczka DNA pełni jeszcze jedną ważną funkcję - jej samoreprodukcja i kopiowanie tworzą ciągłość między pokoleniami, ciągłość nici życia. Raz powstałe życie rozmnaża się w ogromnej różnorodności, co zapewnia jego stabilność, zdolność przystosowania się do różnorodnych warunków środowiskowych i ewolucji.
Nowoczesna biotechnologia
Współczesna biologia to obszar szybkich i fantastycznych przemian w biotechnologii.
Biotechnologia opiera się na wykorzystaniu organizmów żywych i procesów biologicznych w produkcji przemysłowej. Na ich bazie opanowano masową produkcję sztucznych białek, odżywek i wielu innych substancji, posiadających wiele właściwości przewyższających produkty pochodzenia naturalnego. Pomyślnie rozwija się synteza mikrobiologiczna enzymów, witamin, aminokwasów, antybiotyków itp. Wykorzystując technologie genetyczne i naturalne materiały bioorganiczne, syntetyzuje się substancje biologicznie czynne – leki hormonalne i związki stymulujące układ odpornościowy.
Nowoczesna biotechnologia umożliwia przekształcenie odpadów drzewnych, słomy i innych surowców roślinnych w cenne, odżywcze białka. Obejmuje proces hydrolizy produktu pośredniego – celulozy – i neutralizacji powstałej glukozy poprzez wprowadzenie soli. Powstały roztwór glukozy jest pożywnym substratem dla mikroorganizmów – grzybów drożdżowych. W wyniku życiowej aktywności mikroorganizmów powstaje jasnobrązowy proszek - wysokiej jakości produkt spożywczy zawierający około 50% surowego białka i różne witaminy. Roztwory zawierające cukier, takie jak wywar melasowy i ług siarczynowy powstający podczas produkcji celulozy, mogą również służyć jako pożywka dla grzybów drożdżowych.
Niektóre gatunki grzybów przekształcają ropę naftową, olej opałowy i gaz ziemny w jadalną biomasę bogatą w białka. W ten sposób ze 100 ton surowego oleju opałowego można uzyskać 10 ton biomasy drożdży, zawierającej 5 ton czystego białka i 90 ton oleju napędowego. Tę samą ilość drożdży produkuje się z 50 ton suchego drewna lub 30 tys. m3 gazu ziemnego. Wyprodukowanie takiej ilości białka wymagałoby stada liczącego 10 000 krów, a ich utrzymanie wymagałoby ogromnych obszarów gruntów ornych. Przemysłowa produkcja białek jest w pełni zautomatyzowana, a kultury drożdży rosną tysiące razy szybciej niż bydło. Z jednej tony drożdży odżywczych można uzyskać około 800 kg wieprzowiny, 1,5-2,5 tony drobiu czy 15-30 tysięcy jaj i zaoszczędzić do 5 ton zboża.
Praktyczne zastosowanie osiągnięć współczesnej biologii pozwala już uzyskać przemysłowo znaczące ilości substancji biologicznie czynnych.
Najwyraźniej biotechnologia w nadchodzących dziesięcioleciach zajmie wiodącą pozycję i być może określi oblicze cywilizacji XXI wieku.
Technologie genowe
Genetyka jest najważniejszym obszarem współczesnej biologii.
Nowoczesna biotechnologia narodziła się na bazie inżynierii genetycznej. Obecnie na świecie istnieje ogromna liczba firm prowadzących działalność w tej dziedzinie. Wytwarzają wszystko: od leków, przeciwciał, hormonów, białek spożywczych po rzeczy techniczne - ultraczułe czujniki (bioczujniki), chipy komputerowe, dyfuzory chitynowe dla dobrych systemów akustycznych. Produkty inżynierii genetycznej podbijają świat, są bezpieczne dla środowiska.
Na początkowym etapie rozwoju technologii genowych uzyskano szereg związków biologicznie aktywnych - insulinę, interferon itp. Nowoczesne technologie genowe łączą chemię kwasów nukleinowych i białek, mikrobiologię, genetykę, biochemię i otwierają nowe sposoby rozwiązania wielu problemów biotechnologii, medycyny i rolnictwa.
Technologie genowe opierają się na metodach biologii molekularnej i genetyki związanych z ukierunkowaną konstrukcją nowych kombinacji genów, które nie występują w przyrodzie. Główną operacją technologii genowej jest wyekstrahowanie z komórek organizmu genu kodującego pożądany produkt lub grupę genów i połączenie ich z cząsteczkami DNA, które mogą namnażać się w komórkach innego organizmu.
DNA przechowywane i pracujące w jądrze komórkowym nie tylko reprodukuje się. W odpowiednim momencie pewne odcinki DNA – geny – reprodukują swoje kopie w postaci chemicznie podobnego polimeru – RNA, kwasu rybonukleinowego, które z kolei służą jako matryce do produkcji wielu niezbędnych dla organizmu białek. To białka determinują wszystkie cechy organizmów żywych. Główny łańcuch zdarzeń na poziomie molekularnym:
DNA -> RNA -> białko
Wiersz ten zawiera tzw. centralny dogmat biologii molekularnej.
Technologie genowe doprowadziły do rozwoju nowoczesnych metod analizy genów i genomów, a one z kolei doprowadziły do syntezy, czyli tzw. do konstrukcji nowych, genetycznie zmodyfikowanych mikroorganizmów. Do chwili obecnej ustalono sekwencje nukleotydowe różnych mikroorganizmów, w tym szczepów przemysłowych oraz takich, które są potrzebne do badania zasad organizacji genomu i zrozumienia mechanizmów ewolucji drobnoustrojów. Mikrobiolodzy przemysłowi z kolei są przekonani, że znajomość sekwencji nukleotydowych genomów szczepów przemysłowych umożliwi ich „zaprogramowanie” tak, aby generowały duże dochody.
Klonowanie genów eukariotycznych (jądrowych) w drobnoustrojach jest podstawową metodą, która doprowadziła do szybkiego rozwoju mikrobiologii. Fragmenty genomów zwierzęcych i roślinnych klonuje się w mikroorganizmach w celu ich analizy. W tym celu sztucznie wytworzone plazmidy wykorzystuje się jako wektory molekularne, nośniki genów, a także wiele innych formacji molekularnych do izolacji i klonowania.
Za pomocą testów molekularnych (fragmenty DNA o określonej sekwencji nukleotydów) można np. określić, czy krew dawcy jest zakażona wirusem AIDS. Natomiast technologie genetyczne służące identyfikacji niektórych drobnoustrojów umożliwiają monitorowanie ich rozprzestrzeniania się na przykład w szpitalu lub podczas epidemii.
Technologie genetyczne do produkcji szczepionek rozwijają się w dwóch głównych kierunkach. Pierwszym z nich jest udoskonalenie istniejących szczepionek i stworzenie szczepionki skojarzonej, tj. składający się z kilku szczepionek. Drugi kierunek to pozyskiwanie szczepionek przeciwko chorobom: AIDS, malarii, wrzodom żołądka itp.
W ostatnich latach technologie genowe znacznie poprawiły wydajność tradycyjnych szczepów produkcyjnych. Na przykład w szczepie grzybów wytwarzającym antybiotyk cefalosporynę wzrosła liczba genów kodujących ekspandazę, aktywność determinującą szybkość syntezy cefalosporyn. W rezultacie produkcja antybiotyków wzrosła o 15–40%.
Prowadzone są ukierunkowane prace nad genetyczną modyfikacją właściwości drobnoustrojów wykorzystywanych w produkcji chleba, serowarstwie, przemyśle mleczarskim, browarnictwie i winiarstwie, w celu zwiększenia odporności szczepów produkcyjnych, zwiększenia ich konkurencyjności wobec szkodliwych bakterii oraz poprawy jakości produkt finalny.
Genetycznie modyfikowane drobnoustroje są pożyteczne w walce ze szkodliwymi wirusami, zarazkami i owadami. Na przykład:
- odporność roślin na herbicydy, co ma znaczenie w zwalczaniu chwastów zatykających pola i zmniejszających plonowanie roślin uprawnych. Uzyskano i zastosowano odporne na herbicydy odmiany bawełny, kukurydzy, rzepaku, soi, buraków cukrowych, pszenicy i innych roślin.
- odporność roślin na szkodniki owadzie. Opracowanie białka delta-endotoksyny produkowanego przez różne szczepy bakterii Bacillus turingensis. Białko to jest toksyczne dla wielu gatunków owadów i jest bezpieczne dla ssaków, w tym człowieka.
- odporność roślin na choroby wirusowe. W tym celu do genomu komórki roślinnej wprowadza się geny, które blokują reprodukcję cząstek wirusowych w roślinach, na przykład interferon, nukleazy. Uzyskano transgeniczne rośliny tytoniu, pomidora i lucerny z genem beta-interferonu.
Oprócz genów znajdujących się w komórkach organizmów żywych, w przyrodzie występują także geny niezależne. Nazywa się je wirusami, jeśli mogą powodować infekcję. Okazało się, że wirus to nic innego jak materiał genetyczny zamknięty w białkowej otoczce. Powłoka jest czysto mechanicznym urządzeniem, podobnym do strzykawki, służącym do pakowania, a następnie wstrzykiwania genów, i tylko genów, do komórki gospodarza i odpadania. Następnie geny wirusowe w komórce zaczynają reprodukować na sobie swoje RNA i białka. Wszystko to przytłacza komórkę, pęka, umiera, a wirus w tysiącach kopii zostaje uwolniony i infekuje inne komórki.
Choroby, a czasem nawet śmierć są spowodowane przez obce, wirusowe białka. Jeśli wirus jest „dobry”, osoba nie umiera, ale może być chora do końca życia. Klasycznym przykładem jest opryszczka, której wirus występuje w organizmie 90% ludzi. Jest to wirus, który najlepiej się przystosowuje, zwykle infekujący osobę w dzieciństwie i stale w nim żyjący.
Zatem wirusy są w istocie bronią biologiczną wynalezioną przez ewolucję: strzykawką wypełnioną materiałem genetycznym.
A teraz przykład ze współczesnej biotechnologii, przykład operacji na komórkach rozrodczych zwierząt wyższych w szlachetnych celach. Ludzkość ma trudności z interferonem, ważnym białkiem o działaniu przeciwnowotworowym i przeciwwirusowym. Interferon jest wytwarzany przez zwierzęta, w tym ludzi. Obcy, nieludzki interferon nie może być stosowany w leczeniu ludzi, jest odrzucany przez organizm lub jest nieskuteczny. Osoba wytwarza zbyt mało interferonu, aby mógł on zostać uwolniony do celów farmakologicznych. W związku z powyższym wykonano co następuje. Gen ludzkiego interferonu wprowadzono do bakterii, która następnie namnażyła się i wytworzyła duże ilości ludzkiego interferonu zgodnie z zawartym w niej ludzkim genem. Obecnie ta standardowa technika jest stosowana na całym świecie. W ten sam sposób od dłuższego czasu produkowana jest genetycznie modyfikowana insulina. Jednakże w przypadku bakterii pojawia się wiele trudności w oczyszczaniu pożądanego białka z zanieczyszczeń bakteryjnych. Dlatego zaczynają je porzucać, opracowując metody wprowadzania niezbędnych genów do organizmów wyższych. Jest to trudniejsze, ale daje ogromne korzyści. Obecnie w szczególności szeroko rozpowszechniona jest już produkcja mleczna niezbędnych białek przy użyciu świń i kóz. Zasada jest tutaj bardzo krótka i uproszczona. Ze zwierzęcia pobiera się jaja, a do jego aparatu genetycznego wprowadza się obce geny, pod kontrolą genów białek mleka zwierzęcia, które warunkują produkcję niezbędnych białek: interferonu, czyli niezbędnych dla człowieka przeciwciał lub specjalnych białek spożywczych. Następnie jaja są zapładniane i wracają do organizmu. Część potomstwa zaczyna wytwarzać mleko zawierające niezbędne białko i dość łatwo jest je wyizolować z mleka. Okazuje się, że jest dużo taniej, bezpieczniej i czyściej.
W ten sam sposób hodowano krowy, aby produkować „ludzkie” mleko (mleko krowie zawierające niezbędne białka ludzkie), nadające się do sztucznego karmienia ludzkich dzieci. I to jest teraz dość poważny problem.
Ogólnie rzecz biorąc, możemy powiedzieć, że w praktyce ludzkość osiągnęła dość niebezpieczny kamień milowy. Nauczyliśmy się wpływać na aparat genetyczny, w tym organizmów wyższych. Nauczyliśmy się, jak namierzać geny, selektywnie wpływać na nie i produkować tak zwane organizmy transgeniczne — organizmy niosące jakiekolwiek obce geny. DNA to substancja, którą można manipulować. W ciągu ostatnich dwóch lub trzech dekad pojawiły się metody umożliwiające przecięcie DNA we właściwych miejscach i przyklejenie go do dowolnego innego fragmentu DNA. Co więcej, można wycinać i wklejać nie tylko niektóre gotowe geny, ale także rekombinanty – kombinacje różnych genów, w tym także tych stworzonych sztucznie. Kierunek ten nazywa się inżynierią genetyczną. Człowiek stał się inżynierem genetycznym. W jego rękach, w rękach istoty nie tak doskonałej intelektualnie, pojawiły się nieograniczone, gigantyczne możliwości - na wzór tych Pana Boga.
Nowoczesna cytologia
Nowe metody, zwłaszcza mikroskopia elektronowa, wykorzystanie izotopów promieniotwórczych i wirowanie z dużą prędkością, pozwalają osiągnąć ogromny postęp w badaniu struktury komórkowej. Opracowując ujednoliconą koncepcję fizykochemicznych aspektów życia, cytologia coraz bardziej zbliża się do innych dyscyplin biologicznych. Jednocześnie jej klasyczne metody, polegające na utrwalaniu, barwieniu i badaniu komórek pod mikroskopem, nadal zachowują znaczenie praktyczne.
Metody cytologiczne stosowane są zwłaszcza w hodowli roślin w celu określenia składu chromosomowego komórek roślinnych. Badania takie są bardzo pomocne w planowaniu krzyży eksperymentalnych i ocenie uzyskanych wyników. Podobną analizę cytologiczną przeprowadza się na komórkach ludzkich: pozwala ona zidentyfikować niektóre choroby dziedziczne związane ze zmianami w liczbie i kształcie chromosomów. Taka analiza w połączeniu z badaniami biochemicznymi wykorzystywana jest np. przy amniopunkcji w celu diagnostyki wad dziedzicznych u płodu.
Jednak najważniejszym zastosowaniem metod cytologicznych w medycynie jest diagnostyka nowotworów złośliwych. Specyficzne zmiany zachodzą w komórkach nowotworowych, szczególnie w ich jądrach. Formacje złośliwe to nic innego jak odchylenia w normalnym procesie rozwoju z powodu wymykających się spod kontroli systemów kontrolujących rozwój, przede wszystkim genetycznych. Cytologia jest dość prostą i bardzo pouczającą metodą diagnostyki przesiewowej różnych objawów wirusa brodawczaka. Badanie to przeprowadza się zarówno wśród mężczyzn, jak i kobiet.
Klonowanie
Klonowanie to proces, w którym żywa istota powstaje z pojedynczej komórki pobranej od innej żywej istoty.
Klonowanie jest ogólnie definiowane jako wytwarzanie komórek lub organizmów o tych samych genomach jądrowych, co inna komórka lub organizm. W związku z tym poprzez klonowanie można stworzyć dowolny żywy organizm lub jego część, identyczny z istniejącym lub itp.
Biologia jako nauka.
Biologia - nauka badająca właściwości systemów żywych.
Nauka - jest to sfera działalności człowieka mająca na celu zdobywanie i systematyzowanie obiektywnej wiedzy o rzeczywistości.
Przedmiot – nauka – biologiato życie we wszystkich jego przejawach i formach, a także na różnych poziomach. Nośnikiem życia są żywe ciała. Wszystko, co wiąże się z ich istnieniem, bada biologia.
metoda - jest to ścieżka badań, którą przechodzi naukowiec, rozwiązując dowolne zadanie lub problem naukowy.
Podstawowe metody nauki:
1.Modelowanie | metoda tworzenia pewnego obrazu obiektu, model, za pomocą którego naukowcy uzyskują niezbędne informacje o obiekcie. | Tworzenie modelu DNA z elementów plastikowych |
2.Obserwacja | metoda, za pomocą której badacz zbiera informacje o obiekcie | Można wizualnie obserwować np. zachowanie zwierząt. Za pomocą przyrządów można obserwować zmiany zachodzące w obiektach żywych, na przykład podczas wykonywania kardiogramu w ciągu dnia. Można zaobserwować sezonowe zmiany w przyrodzie, na przykład linienie zwierząt. |
3. Eksperyment (doświadczenie) | metoda badania wyników obserwacji i założeń – hipotez. Zawsze chodzi o zdobywanie nowej wiedzy poprzez doświadczenie. | Krzyżowanie zwierząt lub roślin w celu uzyskania nowej odmiany lub rasy, testowanie nowego leku. |
4.Problem | pytanie, problem do rozwiązania. Rozwiązywanie problemu wiadra w celu zdobycia nowej wiedzy. Problem naukowy zawsze kryje w sobie jakąś sprzeczność między znanym i nieznanym. Rozwiązanie problemu wymaga od naukowca gromadzenia faktów, analizowania ich i usystematyzowania. | Przykładowe zadanie: „Jak organizmy przystosowują się do środowiska?” lub „Jak przygotować się do poważnych egzaminów” |
5.Hipoteza | założenie, wstępne rozwiązanie postawionego problemu. Stawiając hipotezy, badacz szuka związków pomiędzy faktami, zjawiskami i procesami. Dlatego hipoteza najczęściej przyjmuje formę założenia: „jeśli…to”. | „Jeśli rośliny wytwarzają tlen w świetle, to możemy go wykryć za pomocą tlącej się drzazgi, ponieważ tlen musi wspierać spalanie” |
6.Teoria | jest uogólnieniem głównych idei w dowolnej dziedzinie wiedzy naukowej | Teoria ewolucji podsumowuje wszystkie wiarygodne dane naukowe uzyskane przez badaczy na przestrzeni wielu dziesięcioleci. Z biegiem czasu teoria jest uzupełniana o nowe dane i rozwijana. Niektóre teorie mogą zostać obalone przez nowe fakty. Prawdziwe teorie naukowe znajdują potwierdzenie w praktyce. |
Metody szczególne w biologii:
Metoda genealogiczna | Stosowany przy sporządzaniu rodowodów ludzi, określaniu charakteru dziedziczenia określonych cech |
Metoda historyczna | Ustalanie powiązań pomiędzy faktami, procesami i zjawiskami zachodzącymi na przestrzeni historycznie długiego okresu (kilka miliardów lat). |
Metoda paleontologiczna | Pozwala poznać powiązania między starożytnymi organizmami, których pozostałości znajdują się w skorupie ziemskiej, w różnych warstwach geologicznych. |
Wirowanie | Rozdzielanie mieszanin na części składowe pod wpływem siły odśrodkowej. Służy do separacji organelli komórkowych, lekkich i ciężkich frakcji substancji organicznych. |
Metoda cytologiczna lub cytogenetyczna | Badanie struktury komórki, jej struktur za pomocą różnych mikroskopów. |
Metoda biochemiczna | Badanie procesów chemicznych zachodzących w organizmie. |
Metoda bliźniacza | Służy do określenia stopnia dziedzicznej warunkowości badanych cech. Metoda daje cenne wyniki w badaniu cech morfologicznych i fizjologicznych. |
Metoda hybrydologiczna | Analiza organizmów krzyżujących się i potomstwa |
Nauka
Paleontologia | nauka o szczątkach kopalnych roślin i zwierząt |
Biologia molekularna | zespół nauk biologicznych badający mechanizmy przechowywania, przekazywania i wdrażania informacji genetycznej, strukturę i funkcje nieregularnych biopolimerów (białka i kwasy nukleinowe). |
Fizjologia porównawcza | dział fizjologii zwierząt zajmujący się badaniem porównawczym cech funkcji fizjologicznych różnych przedstawicieli świata zwierzęcego. |
Ekologia | nauka o interakcjach organizmów żywych i ich zbiorowisk między sobą oraz ze środowiskiem. |
Embriologia | to nauka zajmująca się badaniem rozwoju zarodka. |
Wybór | nauka o tworzeniu nowych i ulepszaniu istniejących ras zwierząt, odmian roślin i szczepów mikroorganizmów. |
Fizjologia | nauka o istocie istot żywych i życia w warunkach normalnych i w patologiach, czyli o wzorach funkcjonowania i regulacji systemów biologicznych na różnych poziomach organizacji, o granicachnormy procesy życiowe ibolesny odstępstwa od niego |
Botanika | Nauka o roślinach |
Cytologia | dział biologii zajmujący się badaniem żywych komórek, ich organelli, ich budowy, funkcjonowania, procesów rozmnażania komórek, starzenia się i śmierci. |
Genetyka | nauka o prawach dziedziczności i zmienności. |
Taksonomia | rozdział biologia , mające na celu stworzenie jednego harmonijnego systemu istot żywych w oparciu o identyfikację systemu biologicznegotaksony i odpowiadające im nazwy, ułożone według określonych zasad (nomenklatura) |
Morfologia | bada zarówno strukturę zewnętrzną (kształt, strukturę, kolor, wzory)ciało , takson lub jego części składowe, a także wewnętrzna struktura żywego organizmu |
Botanika | Nauka o roślinach |
Anatomia | dział biologii zajmujący się badaniem morfologii organizmu człowieka, jego układów i narządów. |
Psychologia | nauka o zachowaniu i procesach psychicznych |
Higiena | nauka zajmująca się badaniem wpływu czynników środowiskowych na organizm człowieka w celu optymalizacji korzystnych efektów i zapobiegania skutkom niepożądanym. |
Ornitologia | dział zoologii kręgowców zajmujący się badaniem ptaków, ich embriologii, morfologii, fizjologii, ekologii, systematyki i rozmieszczenia geograficznego. |
Mikologia | Nauka o grzybach |
Ichtiologia | Nauka o rybach |
Fenologia | Nauka o rozwoju dzikiej przyrody |
Zoologia | Nauka o zwierzętach |
Mikrobiologia | Nauka o bakteriach |
Wirusologia | Nauka o wirusach |
Antropologia | zespół dyscyplin naukowych zajmujących się badaniem człowieka, jego pochodzenia, rozwoju, istnienia w środowisku naturalnym (naturalnym) i kulturowym (sztucznym). |
Medycyna | obszar działalności naukowej i praktycznej mający na celu badanie normalnych i patologicznych procesów zachodzących w organizmie człowieka, różnych chorób i stanów patologicznych, ich leczenia, zachowania i promocji zdrowia ludzkiego |
Histologia | Nauka o tkankach |
Biofizyka | to nauka o procesach fizycznych zachodzących w układach biologicznych na różnych poziomach organizacji oraz o wpływie różnych faktów fizycznych na obiekty biologiczne |
Biochemia | nauka o składzie chemicznym żywych komórek i organizmów oraz procesach chemicznych leżących u podstaw ich aktywności życiowej |
Bionika | nauka stosowana dotycząca zastosowania w urządzeniach i systemach technicznych zasad organizacji, właściwości, funkcji i struktur przyrody żywej, czyli form istot żywych w przyrodzie i ich przemysłowych odpowiedników. |
Anatomia porównawcza | dyscyplina biologiczna zajmująca się badaniem ogólnych wzorców struktury i rozwoju narządów i układów narządów poprzez porównanie ich u zwierząt należących do różnych taksonów na różnych etapach embriogenezy. |
Teoria ewolucji | Nauka o przyczynach, siłach napędowych, mechanizmach i ogólnych wzorcach ewolucji przyrody ożywionej |
Synekologia | dział ekologii zajmujący się badaniem powiązań organizmów różnych gatunków w ramach zbiorowości organizmów. |
Biogeografia | nauka na styku biologii i geografii; bada wzorce rozmieszczenia geograficznego i rozmieszczenia zwierząt, roślin i mikroorganizmów |
Autoekologia | dział ekologii zajmujący się badaniem relacji organizmu do środowiska. |
Protistologia | nauka zajmująca się badaniem jednokomórkowych organizmów eukariotycznych zaliczanych do pierwotniaków |
Bryologia | Bryologia |
Algologia | nauka o morfologii, fizjologii, genetyce, ekologii i ewolucji makro i mikroskopijnych alg jedno- i wielokomórkowych |
Znaki i właściwości istot żywych
Jedność pierwiastkowego składu chemicznego | Skład istot żywych zawiera te same elementy, co skład przyrody nieożywionej, ale w innych proporcjach ilościowych; podczas gdy około 98% składa się z węglowodanów, wodoru, tlenu i azotu. |
Jedność składu biochemicznego | Wszystkie żywe organizmy składają się głównie z białek, lipidów, węglowodanów i kwasów nukleinowych. |
Jedność organizacji strukturalnej | Jednostką struktury, aktywności życiowej, reprodukcji i rozwoju indywidualnego jest komórka; Poza komórką nie ma życia. |
Dyskrecja i rzetelność | Każdy system biologiczny składa się z poszczególnych oddziałujących na siebie części (cząsteczek, organelli, komórek, tkanek, organizmów, gatunków itp.), które razem tworzą strukturalną i funkcjonalną jedność. |
Metabolizm i energia (metabolizm) | Metabolizm składa się z dwóch powiązanych ze sobą procesów: asymilacji (metabolizm plastyczny) – syntezy substancji organicznych w organizmie (pod wpływem zewnętrznych źródeł energii – światła, pożywienia) i dysymilacji (metabolizm energetyczny) – proces rozkładu złożonych substancji organicznych z uwolnieniem energii, która następnie jest zużywana przez organizm. |
Samoregulacja | Wszelkie żywe organizmy żyją w stale zmieniających się warunkach środowiskowych. Dzięki zdolności do samoregulacji w procesie metabolicznym zachowana jest względna stałość składu chemicznego i intensywność procesów fizjologicznych, tj. homeostaza jest zachowana. |
Otwartość | Wszystkie systemy żywe są otwarte, ponieważ w trakcie ich życia następuje ciągła wymiana materii i energii pomiędzy nimi a otoczeniem. |
Reprodukcja | Jest to zdolność organizmów do reprodukcji własnego rodzaju. Powielanie opiera się na reakcjach syntezy matrycy, tj. tworzenie nowych cząsteczek i struktur w oparciu o informację zawartą w sekwencji nukleotydowej DNA. Właściwość ta zapewnia ciągłość życia i ciągłość pokoleń. |
Dziedziczność i zmienność | Dziedziczność to zdolność organizmów do przekazywania swoich cech, właściwości i cech rozwojowych z pokolenia na pokolenie. Podstawą dziedziczności jest względna stałość struktury cząsteczek DNA. Zmienność jest właściwością przeciwną dziedziczności; zdolność organizmów żywych do istnienia w różnych formach, tj. nabywają nowe cechy, różniące się od cech innych osobników tego samego gatunku. Zmienność spowodowana zmianami dziedzicznych skłonności – genów, tworzy różnorodny materiał do doboru naturalnego, tj. selekcja osobników najlepiej przystosowanych do określonych warunków bytowania w przyrodzie. Prowadzi to do pojawienia się nowych form życia, nowych gatunków organizmów. |
Wzrost i rozwój | Rozwój indywidualny, czyli ontogeneza, to rozwój żywego organizmu od urodzenia do chwili śmierci. W procesie ontogenezy stopniowo i konsekwentnie ujawniają się indywidualne właściwości organizmu. Opiera się to na etapowym wdrażaniu programów dziedziczenia. Rozwój indywidualny zazwyczaj wiąże się ze wzrostem. Rozwój historyczny, czyli filogeneza, to nieodwracalny kierunkowy rozwój żywej przyrody, któremu towarzyszy powstawanie nowych gatunków i postępujące komplikowanie życia. |
Drażliwość | Zdolność organizmu do selektywnego reagowania na wpływy zewnętrzne i wewnętrzne, tj. dostrzegają irytację i reagują w określony sposób. Reakcja organizmu na pobudzenie, realizowana przy udziale układu nerwowego, nazywana jest odruchem. Organizmy pozbawione układu nerwowego reagują na wpływy zmieniając charakter ruchu i wzrostu, np. liście roślin zwracają się w stronę światła. |
Rytm | Rytmy dobowe i sezonowe mają na celu przystosowanie organizmów do zmieniających się warunków życia. Najbardziej znanym procesem rytmicznym w przyrodzie jest naprzemienność okresów snu i czuwania. |
Poziomy organizacji przyrody żywej
Poziom organizacji | System biologiczny | Elementy tworzące system | Znaczenie poziomu w świecie organicznym |
1. Molekularno-genetyczny | Gen (makrocząsteczka) | Makrocząsteczki kwasów nukleinowych, białek, ATP | Kodowanie i przekazywanie informacji dziedzicznej, metabolizm, konwersja energii |
2. Komórkowy | Komórka | Części strukturalne komórki | Istnienie komórki leży u podstaw reprodukcji, wzrostu i rozwoju organizmów żywych oraz biosyntezy białek. |
3.Tkanina | Włókienniczy | Zbiór komórek i substancji międzykomórkowej | Różne typy tkanek zwierząt i roślin różnią się budową i pełnią różne funkcje. Badanie tego poziomu pozwala prześledzić ewolucję i indywidualny rozwój tkanek. |
4.Organy | Organ | Komórki, tkanki | Pozwala badać budowę, funkcje, mechanizm działania, pochodzenie, ewolucję i indywidualny rozwój narządów roślinnych i zwierzęcych. |
5.Organiczne | Organizm (osobnik) | Komórki, tkanki, narządy i układy narządów z ich unikalnymi funkcjami życiowymi | Zapewnia funkcjonowanie narządów w życiu organizmu, zmiany adaptacyjne i zachowanie organizmów w różnych warunkach środowiskowych. |
6. Populacja – gatunek | Populacja | Zbiór osobników tego samego gatunku | Trwa proces specjacji. |
7.Biogeocenotyczny (ekosystem) | Biogeocenoza | Historycznie ustalony zestaw organizmów różnej rangi w połączeniu z czynnikami środowiskowymi | Cykl materii i energii |
8.Biosfera | Biosfera | Wszystkie biogeocenozy | Zachodzą tu wszystkie cykle materii i energii związane z działalnością życiową wszystkich żywych organizmów żyjących na Ziemi. |
Naukowcy - biolodzy
Hipokrates | Utworzono naukową szkołę medyczną. Uważał, że każda choroba ma przyczyny naturalne, których można się dowiedzieć badając budowę i funkcje życiowe organizmu ludzkiego. |
Arystoteles | Jeden z twórców biologii jako nauki, jako pierwszy uogólnił wiedzę biologiczną zgromadzoną przed nim przez ludzkość. |
Klaudiusz Galen | Położył podwaliny pod anatomię człowieka. |
Awicenna | We współczesnej nomenklaturze anatomicznej zachował terminy arabskie. |
Leonardo da Vinci | Opisał wiele roślin, badał budowę ludzkiego ciała, czynność serca i funkcje wzrokowe. |
Andreas Visalia | Praca „O budowie ciała ludzkiego” |
Williama Harveya | Otworzył krążenie krwi |
Karol Linneusz | Zaproponował system klasyfikacji dzikich zwierząt i wprowadził binarną nomenklaturę nazewnictwa gatunków. |
Karol Baer | Badał rozwój wewnątrzmaciczny, ustalił, że zarodki wszystkich zwierząt we wczesnych stadiach rozwoju są podobne, sformułował prawo podobieństwa embrionalnego, twórca embriologii. |
Jeana Baptiste’a Lamarcka | Jako pierwszy podjął próbę stworzenia spójnej i holistycznej teorii ewolucji świata ożywionego. |
Georgesa Cuviera | Stworzył naukę paleontologii. |
Theodora Schwanna i Schleidena | Stworzył teorię komórkową |
H. Darwina | Doktryna ewolucyjna. |
Grzegorz Mendel | Założyciel genetyki |
Roberta Kocha | Założyciel Mikrobiologii |
Ludwik Pasteur i Miecznikow | Założyciele immunologii. |
ICH. Sieczenow | Położył podwaliny pod badania wyższej aktywności nerwowej |
IP Pawłow | Stworzył doktrynę odruchów warunkowych |
Hugo de Vriesa | Teoria mutacji |
Thomasa Morgana | Chromosomalna teoria dziedziczności |
I.I. Schmalhausen | Doktryna czynników ewolucji |
W I. Wernadski | Doktryna biosfery |
A. Fleminga | Odkrył antybiotyki |
D. Watsona | Ustalona struktura DNA |
DI. Iwanowski | Odkryte wirusy |
NI Wawiłow | Doktryna o różnorodności i pochodzeniu roślin uprawnych |
I.V. Miczurin | Hodowca |
AA Uchtomski | Doktryna Dominanta |
E. Haeckel i I. Muller | Stworzył prawo biogenetyczne |
SS. Czetwerikow | Badane procesy mutacyjne |
I. Jansena | Stworzył pierwszy mikroskop |
Robert hooke | Pierwszy odkrył klatkę |
Antonia Leeuwenhoek | Widział mikroskopijne organizmy przez mikroskop |
R.Brown | Opisał jądro komórki roślinnej |
R. Virchowa | Teoria patologii komórkowej. |
DIIwanowski | Odkryto czynnik sprawczy mozaiki tytoniowej (wirus) |
M. Calvin | Ewolucja chemiczna |
G.D.Karpechenko | Hodowca |
A.O.Kowalewski | Założyciel embriologii porównawczej i fizjologii |
V.O.Kowalewski | Założyciel paleontologii ewolucyjnej |
N.I.Wawiłow | Doktryna biologicznych podstaw selekcji i doktryna ośrodków pochodzenia roślin uprawnych. |
H. Krebsa | Studiował metabolizm |
S.G.Navashin | Odkryto podwójne zapłodnienie u okrytozalążkowych |
A.I.Oparin | Teoria spontanicznego powstawania życia |
D. Haldane | Stworzył doktrynę ludzkiego oddychania |
F.Redi | |
A.S.Severtsov | Twórca ewolucyjnej morfologii zwierząt |
V.N.Sukaczow | Twórca biogeocenologii |
A.Wallace | Sformułował teorię doboru naturalnego, która zbiegła się z Darwinem |
F.Crick | Badał organizmy zwierzęce na poziomie molekularnym |
K.A. Temiryazev | Odkrył prawa fotosyntezy |
Biologia jest jak nauka.
Część A.
1. Biologia jako nauka 1) ogólne cechy strukturalne roślin i zwierząt; 2) związek przyrody żywej i nieożywionej; 3) procesy zachodzące w układach żywych; 4) pochodzenie życia na Ziemi.
2.I.P. Pawłow w swoich pracach dotyczących trawienia stosował następującą metodę badawczą: 1) historyczną; 2) opisowy; 3) eksperymentalny; 4) biochemiczny.
3. Założenie Karola Darwina, że każdy współczesny gatunek lub grupa gatunków ma wspólnych przodków, jest 1) teorią; 2) hipoteza; 3) fakt; 4) dowód.
4.Badania embriologiczne 1) rozwój organizmu od zygoty do urodzenia; 2) budowa i funkcje jaja; 3) poporodowy rozwój człowieka; 4) rozwój organizmu od urodzenia do śmierci.
5. Liczbę i kształt chromosomów w komórce określa się w drodze 1) badań biochemicznych; 2) cytologiczne; 3) wirowanie; 4) porównawczy.
6. Selekcja jako nauka rozwiązuje problemy 1) tworzenia nowych odmian roślin i ras zwierząt; 2) ochrona biosfery; 3) tworzenie agrocenoz; 4) tworzenie nowych nawozów.
7. Wzorce dziedziczenia cech u ludzi ustala się za pomocą 1) metod eksperymentalnych; 2) hybrydologiczne; 3) genealogiczne; 4) obserwacje.
8. Specjalność naukowca badającego drobne struktury chromosomów nazywa się: 1) hodowcą; 2) cytogenetyka; 3) morfolog; 4) embriolog.
9. Systematyka jest nauką zajmującą się 1) badaniem budowy zewnętrznej organizmów; 2) badanie funkcji organizmu, 3) identyfikowanie powiązań między organizmami; 4) klasyfikacja organizmów.
10. Zdolność organizmu do reagowania na wpływy środowiska nazywa się: 1) reprodukcją; 2) ewolucja; 3) drażliwość; 4) norma reakcji.
11. Metabolizm i przemiana energetyczna jest znakiem, za pomocą którego: 1) stwierdzają podobieństwo ciał przyrody żywej i nieożywionej; 2) istoty żywe można odróżnić od istot nieożywionych; 3) organizmy jednokomórkowe różnią się od organizmów wielokomórkowych; 4) zwierzęta różnią się od ludzi.
12. Obiekty żywe przyrody, w odróżnieniu od ciał nieożywionych, charakteryzują się: 1) zmniejszeniem masy; 2) ruch w przestrzeni; 3) oddychanie; 4) rozpuszczanie substancji w wodzie.
13. Występowanie mutacji wiąże się z takimi właściwościami organizmu, jak: 1) dziedziczność; 2) zmienność; 3) drażliwość; 4) samoreprodukcja.
14. Fotosynteza, biosynteza białek są oznakami: 1) metabolizmu plastycznego; 2) metabolizm energetyczny; 3) odżywianie i oddychanie; 4) homeostaza.
15. Na jakim poziomie organizacji organizmów żywych zachodzą mutacje genów: 1) organizmowe; 2) komórkowe; 3) gatunek; 4) molekularny.
16. Strukturę i funkcje cząsteczek białek bada się na poziomie organizacji organizmów żywych: 1) organizmowych; 2) tkanina; 3) molekularny; 4) ludność.
17. Na jakim poziomie organizacji istot żywych występuje w przyrodzie cykl substancji?
1) komórkowy; 2) organizmowe; 3) gatunek-populacyjny; 4) biosfera.
18. Istoty żywe różnią się od istot nieożywionych zdolnością do: 1) zmiany właściwości obiektu pod wpływem środowiska; 2) uczestniczyć w obiegu substancji; 3) reprodukować swój własny gatunek; 4) zmieniać wielkość obiektu pod wpływem otoczenia.
19.Budowa komórkowa jest ważną cechą istot żywych, charakterystyczną dla: 1) bakteriofagów; 2) wirusy; 3) kryształy; 4) bakterie.
20.Utrzymanie względnej stałości składu chemicznego organizmu nazywa się:
1) metabolizm; 2) asymilacja; 3) homeostaza; 4) adaptacja.
21. Odrywanie ręki od gorącego przedmiotu jest przykładem: 1) drażliwości, 2) zdolności adaptacji. 3) dziedziczenie cech po rodzicach; 4) samoregulacja.
22. Który z terminów jest synonimem pojęcia „metabolizmu”: 1) anabolizm; 2) katabolizm; 3) asymilacja; 4) metabolizm.
23. Rolę rybosomów w procesie biosyntezy białek bada się na poziomie organizacji organizmów żywych:
1) organizmowe; 2) komórkowe; 3) tkanina; 4) ludność.
24. Na jakim poziomie organizacji odbywa się wdrażanie informacji dziedzicznych:
1) biosfera; 2) ekosystem; 3) ludność; 4) organizmowe.
25. Poziom badania procesów biogenicznej migracji atomów nazywa się:
1) biogeocenotyczny; 2) biosfera; 3) gatunek-populacyjny; 4) molekularno – genetyczne.
26. Na poziomie populacyjno-gatunkowym bada się: 1) mutacje genowe; 2) powiązania między organizmami tego samego gatunku; 3) układy narządów; 4) procesy metaboliczne w organizmie.
27. Który z wymienionych systemów biologicznych zapewnia najwyższy standard życia?
1) komórka ameby; 2) wirus ospy; 3) stado jeleni; 4) rezerwat przyrody.
28. Jaką metodą genetyki określa się rolę czynników środowiskowych w kształtowaniu się fenotypu człowieka? 1) genealogiczne; 2) biochemiczne; 3) paleontologiczne;
4) bliźniak.
29. Metodę genealogiczną stosuje się w celu 1) uzyskania mutacji genowych i genomowych; 2) badanie wpływu wychowania na ontogenezę człowieka; 3) badania dziedziczności i zmienności człowieka; 4) badanie etapów ewolucji świata organicznego.
30. Jaka nauka bada odciski i skamieniałości wymarłych organizmów? 1) fizjologia; 2) ekologia; 3) paleontologia; 4) selekcja.
Art. 31. Nauka zajmuje się badaniem różnorodności organizmów i ich klasyfikacją: 1) genetyką;
2) taksonomia; 3) fizjologia; 4) ekologia.
32. Nauka bada rozwój ciała zwierzęcia od momentu powstania zygoty do narodzin.
1) genetyka; 2) fizjologia; 3) morfologia; 4) embriologia.
33. Jaka nauka bada strukturę i funkcje komórek w organizmach różnych królestw przyrody żywej?
1) ekologia; 2) genetyka; 3) selekcja; 4) cytologia.
34. Istotą metody hybrydologicznej jest 1) krzyżowanie organizmów i analiza potomstwa; 2) sztuczne uzyskiwanie mutacji; 3) badanie drzewa genealogicznego; 4) badanie etapów ontogenezy.
35. Która metoda pozwala na selektywną izolację i badanie organelli komórkowych? 1) przeprawa;
2) wirowanie; 3) modelowanie; 4) biochemiczny.
36. Jaka nauka bada aktywność życiową organizmów? 1) biogeografia; 2) embriologia; 3) anatomia porównawcza; 4) fizjologia.
37. Która nauka biologiczna bada pozostałości kopalne roślin i zwierząt?
1) taksonomia; 2) botanika; 3) zoologia; 4) paleontologia.
38.Jaka nauka biologiczna związana jest z taką gałęzią przemysłu spożywczego jak serowarstwo?
1) mykologia; 2) genetyka; 3) biotechnologia; 4) mikrobiologia.
39. Hipoteza to 1) ogólnie przyjęte wyjaśnienie zjawiska; 2) to samo co teoria; 3) próbę wyjaśnienia konkretnego zjawiska; 4) trwałe zależności pomiędzy zjawiskami w przyrodzie.
40.Wybierz prawidłową kolejność etapów badań naukowych
1) hipoteza-obserwacja-teoria-eksperyment; 2) obserwacja-eksperyment-hipoteza-teoria; 3) teoria-obserwacja-hipoteza-eksperyment; 4) hipoteza-eksperyment-prawo-obserwacji.
41. Która metoda badań biologicznych jest najstarsza? 1) eksperymentalny; 2) porównawczo-opisowy; 3) monitorowanie; 4) modelowanie.
42. Która część mikroskopu należy do układu optycznego? 1) podstawa; 2) uchwyt tuby; 3) etap obiektowy; 4) soczewka.
43.Wybierz prawidłową sekwencję promieni świetlnych w mikroskopie świetlnym
1) soczewka-tubus-okular; 2) lustro-soczewka-tubus-okular; 3) okular-tubus-soczewka-lustro; 4) soczewka do przygotowania lustra tubusowego.
44. Przykładem jakiego poziomu organizacji materii żywej jest fragment lasu sosnowego?
1) organizmowe; 2) specyficzne dla populacji; 3) biogeocenotyczny; 4) biosfera.
45. Która z poniższych właściwości nie jest właściwością systemów biologicznych? 1) zdolność reagowania na bodźce środowiskowe; 2) zdolność do otrzymywania energii i jej wykorzystania; 3) zdolność do reprodukcji; 4) złożona organizacja.
46. Jaka nauka zajmuje się głównie ponadorganistycznymi poziomami organizacji materii żywej?
1) ekologia; 2) botanika; 3) nauczanie ewolucyjne; 4) biogeografia.
47. Na jakich poziomach organizacji zlokalizowana jest Chlamydomonas? 1) tylko komórkowe; 2) komórkowe i tkankowe; 3) komórkowe i organizmowe; 4) gatunki komórkowe i populacyjne.
48. Systemy biologiczne są 1) izolowane; 2) zamknięte; 3) zamknięte; 4) otwarte.
49. Jaką metodę należy stosować do badania sezonowych zmian w przyrodzie? 1) pomiar; 2) obserwacja; 3) eksperyment; 4) klasyfikacja.
50. Nauka zajmuje się tworzeniem nowych odmian roślin pszenicy poliploidalnej: 1) selekcją; 2) fizjologia; 3) botanika; 4) biochemia.
Część B. (wybierz trzy poprawne odpowiedzi)
Pytanie 1. Wskaż trzy funkcje, jakie pełni współczesna teoria komórki: 1) eksperymentalnie potwierdza dane naukowe dotyczące budowy organizmów; 2) przewiduje pojawienie się nowych faktów i zjawisk; 3) opisuje budowę komórkową różnych organizmów; 4) systematyzuje, analizuje i wyjaśnia nowe fakty dotyczące budowy komórkowej organizmów; 5) stawia hipotezy dotyczące budowy komórkowej wszystkich organizmów; 6) tworzy nowe metody badania komórek.
Pytanie 2. Wybierz procesy zachodzące na poziomie genetyki molekularnej: 1) replikacja DNA; 2) dziedziczenie choroby Downa; 3) reakcje enzymatyczne; 4) budowa mitochondriów; 5) budowa błony komórkowej; 6) krążenie krwi.
Część B. (określ zgodność)
Pytanie 3. Powiąż charakter przystosowania organizmów z warunkami, do jakich zostały rozwinięte:
Adaptacje Poziomy życia
A) jasne ubarwienie samców pawianów 1) ochrona przed drapieżnikami
B) cętkowane ubarwienie młodego jelenia 2) poszukiwanie partnera seksualnego
B) walka dwóch łosi
D) podobieństwo patyczaków do gałązek
D) trucizna pająków
E) silny zapach u kotów
Część C.
1. Jakie przystosowania roślin zapewniają im rozmnażanie i zasiedlanie?
2. Jakie są podobieństwa i różnice pomiędzy różnymi poziomami organizacji życia?
3. Rozłóż poziomy organizacji żywej materii zgodnie z zasadą hierarchii. Który system opiera się na tej samej zasadzie hierarchii? Jakie gałęzie biologii badają życie na każdym poziomie?
4. Jaki jest, Pana zdaniem, stopień odpowiedzialności naukowców za społeczne i moralne konsekwencje swoich odkryć?
Najważniejszymi wydarzeniami pierwszej połowy XIX wieku było powstanie paleontologii i biologicznych podstaw stratygrafii, pojawienie się teorii komórki, powstanie anatomii porównawczej i embriologii porównawczej. Centralnymi wydarzeniami drugiej połowy XIX wieku była publikacja O pochodzeniu gatunków Karola Darwina i rozpowszechnienie podejścia ewolucyjnego w wielu dyscyplinach biologicznych.
Teoria komórki
Teorię komórkową sformułowano w 1839 r. Niemiecki zoolog i fizjolog T. Schwann. Zgodnie z tą teorią wszystkie organizmy mają strukturę komórkową. Teoria komórkowa twierdziła jedność świata zwierząt i roślin, obecność jednego elementu ciała żywego organizmu - komórek. Jak każde większe uogólnienie naukowe, teoria komórkowa nie powstała nagle: poprzedziły ją indywidualne odkrycia różnych badaczy.
Na początku XIX wieku. Podejmowano próby zbadania wewnętrznej zawartości komórki. W 1825 r Czeski naukowiec J. Purkynė odkrył jądro w jaju ptaków. W 1831 r Angielski botanik R. Brown po raz pierwszy opisał jądro w komórkach roślinnych, a w 1833 r. doszedł do wniosku, że jądro jest istotną częścią komórki roślinnej. Tak więc w tym czasie zmieniła się koncepcja struktury komórki: najważniejsze w jej organizacji zaczęto uważać nie ścianę komórkową, ale zawartość.
Osobą najbliższą sformułowaniu teorii komórki był niemiecki botanik M. Schleiden, który ustalił, że organizm roślin składa się z komórek.
Liczne obserwacje dotyczące budowy komórki i uogólnienie zgromadzonych danych pozwoliły T. Schwannowi w 1839 r. na wyciągnięcie szeregu wniosków, które później nazwano teorią komórkową. Naukowiec wykazał, że wszystkie żywe organizmy składają się z komórek, że komórki roślin i zwierząt są zasadniczo do siebie podobne.
Teoria komórki obejmuje następujące podstawowe zasady:
1) Komórka to elementarna jednostka istot żywych, zdolna do samoodnowy, samoregulacji i samoreprodukcji, będąca jednostką struktury, funkcjonowania i rozwoju wszystkich żywych organizmów.
2) Komórki wszystkich żywych organizmów mają podobną strukturę, skład chemiczny i podstawowe przejawy aktywności życiowej.
3) Rozmnażanie komórek następuje poprzez podział pierwotnej komórki macierzystej.
4) W organizmie wielokomórkowym komórki specjalizują się w funkcjach i tworzą tkanki, z których zbudowane są narządy i ich układy, połączone ze sobą za pomocą międzykomórkowych, humoralnych i nerwowych form regulacji.
Stworzenie teorii komórki stało się najważniejszym wydarzeniem w biologii, jednym z decydujących dowodów jedności przyrody ożywionej. Teoria komórki wywarła znaczący wpływ na rozwój biologii jako nauki i stała się podstawą rozwoju takich dyscyplin, jak embriologia, histologia i fizjologia. Pozwoliło to stworzyć podstawy do zrozumienia życia, indywidualnego rozwoju organizmów i wyjaśnić ewolucyjny związek między nimi. Podstawowe zasady teorii komórki zachowały dziś swoje znaczenie, chociaż w ciągu ponad stu pięćdziesięciu lat uzyskano nowe informacje na temat budowy, aktywności życiowej i rozwoju komórki.
Teoria ewolucji Karola Darwina
Rewolucji w nauce dokonała książka wielkiego angielskiego przyrodnika Karola Darwina „O powstawaniu gatunków”, napisana w 1859 roku. Po podsumowaniu materiału empirycznego współczesnej biologii i praktyki hodowlanej, wykorzystując wyniki własnych obserwacji podczas podróży, ujawnił główne czynniki ewolucji świata organicznego. W książce „Zmiany zwierząt domowych i roślin uprawnych” (1868) przedstawił dodatkowy materiał faktograficzny do głównego dzieła. W książce „O pochodzeniu człowieka i doborze płciowym” (1871) wysunął hipotezę o pochodzeniu człowieka od przodka podobnego do małpy.
Istota Darwinowskiej koncepcji ewolucji sprowadza się do szeregu logicznych, weryfikowalnych eksperymentalnie i potwierdzonych ogromną ilością danych faktograficznych:
1) W obrębie każdego gatunku organizmów żywych istnieje ogromny zakres indywidualnej dziedzicznej zmienności cech morfologicznych, fizjologicznych, behawioralnych i wszelkich innych. Zmienność ta może mieć charakter ciągły, ilościowy lub przerywany jakościowy, ale zawsze istnieje.
2) Wszystkie żywe organizmy rozmnażają się wykładniczo.
3) Zasoby życiowe każdego rodzaju organizmu żywego są ograniczone i dlatego musi toczyć się walka o byt albo między osobnikami tego samego gatunku, albo między osobnikami różnych gatunków, albo z warunkami naturalnymi. W koncepcji „walki o byt” Darwin uwzględnił nie tylko faktyczną walkę jednostki o życie, ale także walkę o sukces reprodukcyjny.
4) W warunkach walki o byt osobniki najlepiej przystosowane przeżywają i rodzą potomstwo, posiadające te odchylenia, które przypadkowo okazały się adaptacyjne do danych warunków środowiskowych. Jest to zasadniczo ważny punkt argumentacji Darwina. Odchylenia nie powstają celowo – w odpowiedzi na działanie otoczenia, lecz losowo. Niewiele z nich okazuje się przydatnych w określonych warunkach. Potomkowie ocalałego osobnika, którzy dziedziczą korzystne odchylenie, które pozwoliło przeżyć ich przodkowi, okazują się bardziej przystosowani do danego środowiska niż pozostali członkowie populacji.
5) Darwin nazwał przetrwanie i preferencyjną reprodukcję przystosowanych osobników doborem naturalnym.
6) Dobór naturalny poszczególnych izolowanych odmian w różnych warunkach bytowania prowadzi stopniowo do rozbieżności (rozbieżności) cech tych odmian i ostatecznie do specjacji.
Teoria Darwina opiera się na właściwości organizmów powtarzających podobny typ metabolizmu i ogólnie na rozwoju indywidualnym przez szereg pokoleń – jest to właściwość dziedziczności. Dziedziczność wraz ze zmiennością zapewnia stałość i różnorodność form życia oraz leży u podstaw ewolucji żywej przyrody. Darwin wykorzystał jedną z głównych koncepcji swojej teorii ewolucji – koncepcję „walki o byt” – do określenia zależności pomiędzy organizmami, a także relacji pomiędzy organizmami i warunków abiotycznych prowadzących do śmierci mniej przystosowanych osobników i przetrwania bardziej przystosowanych osobników.
Darwin zidentyfikował dwie główne formy zmienności:
Pewna zmienność - zdolność wszystkich osobników tego samego gatunku w określonych warunkach środowiskowych do reagowania w ten sam sposób na te warunki (klimat, gleba);
Niepewna zmienność, której charakter nie odpowiada zmianom warunków zewnętrznych.
We współczesnej terminologii niezdefiniowana zmienność nazywana jest mutacją. Mutacja to zmienność nieokreślona, w przeciwieństwie do zmienności określonej, która ma charakter dziedziczny. Według Darwina drobne zmiany zachodzące w pierwszym pokoleniu ulegają wzmocnieniu w kolejnych. Darwin podkreślał, że decydującą rolę w ewolucji odgrywa niepewna zmienność. Zwykle wiąże się to z mutacjami szkodliwymi i neutralnymi, ale możliwe są również mutacje, które okazują się obiecujące. Nieuniknionym skutkiem walki o byt i dziedzicznej zmienności organizmów, zdaniem Darwina, jest proces przetrwania i rozmnażania się organizmów najlepiej przystosowanych do warunków środowiskowych, a śmierć w trakcie ewolucji organizmów nieprzystosowanych – dobór naturalny.
Mechanizm doboru naturalnego w przyrodzie działa podobnie jak u hodowców, tj. sumuje nieistotne i niepewne różnice indywidualne i tworzy z nich niezbędne adaptacje w organizmach, a także różnice międzygatunkowe. Mechanizm ten odrzuca niepotrzebne formy i tworzy nowe gatunki. Darwinizm: historia i nowoczesność. M., Nauka, 1985
Teza o doborze naturalnym wraz z zasadami walki o byt, dziedzicznością i zmiennością stanowi podstawę teorii ewolucji Darwina.
Teoria komórki i doktryna ewolucji Darwina to najważniejsze osiągnięcia biologii XIX wieku. Myślę jednak, że warto wspomnieć o innych dość ważnych odkryciach.
Wraz z rozwojem fizyki i chemii zachodzą także zmiany w medycynie. Z biegiem czasu liczba zastosowań energii elektrycznej wzrasta. Jego zastosowanie w medycynie zapoczątkowało elektro- i jonoforezę. Szczególne zainteresowanie wśród lekarzy wzbudziło odkrycie promieni rentgenowskich przez Roentgena. Laboratoria fizyczne, w których tworzono sprzęt używany przez Roentgena do wytwarzania promieni rentgenowskich, zostały zaatakowane przez lekarzy i ich pacjentów, którzy podejrzewali, że znajdują się w nich połknięte igły, guziki itp. Historia medycyny nie znała nigdy tak szybkiego wdrożenia odkryć w dziedzinie elektryczności, jak miało to miejsce w przypadku nowego narzędzia diagnostycznego – promieni rentgenowskich.
Od końca XIX wieku zaczęto eksperymentować na zwierzętach, aby określić progowe - niebezpieczne - wartości prądu i napięcia. Określenie tych wartości było wymuszone koniecznością stworzenia środków ochronnych.
Bardzo ważnym odkryciem w dziedzinie medycyny i biologii było odkrycie witamin. Już w 1820 roku nasz rodak P. Wiszniewski jako pierwszy zasugerował istnienie w produktach przeciwszkorbutowych pewnej substancji, która sprzyja prawidłowemu funkcjonowaniu organizmu. Do faktycznego odkrycia witamin należy N. Lunin, który w 1880 r. udowodnił, że żywność zawiera pewne niezbędne pierwiastki. Termin „witaminy” wywodzi się od łacińskich rdzeni: „vita” – życie i „amina” – związek azotu.
W XIX wieku rozpoczęła się walka z chorobami zakaźnymi. Angielski lekarz Jenner wynalazł szczepionkę, Robert Koch odkrył czynnik wywołujący gruźlicę – prątek Kocha, a także opracował środki zapobiegawcze przeciwko epidemiom i stworzył leki.
Mikrobiologia
Louis Pasteur dał światu nową naukę - mikrobiologię.
Ten człowiek, który dokonał wielu genialnych odkryć, przez całe życie musiał bronić swoich prawd w bezużytecznych sporach. Przyrodnicy na całym świecie debatowali, czy istnieje „spontaniczne powstawanie” żywych organizmów. Pasteur nie kłócił się, Pasteur pracował. Dlaczego wino fermentuje? Dlaczego mleko jest kwaśne? Pasteur ustalił, że proces fermentacji jest procesem biologicznym wywoływanym przez drobnoustroje.
W laboratorium Pasteura wciąż znajduje się kolba o niesamowitym kształcie – delikatna konstrukcja z dziwnie zakrzywionym nosem. Ponad 100 lat temu wlewano do niego młode wino. Nie zakwasił się do dziś – tajemnica jego formy chroni go przed drobnoustrojami fermentacyjnymi.
Doświadczenia Pasteura miały ogromne znaczenie dla stworzenia metod sterylizacji i pasteryzacji (podgrzewania cieczy do temperatury 80°C w celu zabicia mikroorganizmów, a następnie szybkiego jej schładzania) różnych produktów. Opracował metody szczepień ochronnych przeciwko chorobom zakaźnym. Jego badania posłużyły jako podstawa nauk o odporności.
Genetyka
W 1865 roku opublikowano wyniki prac nad hybrydyzacją odmian grochu, w których odkryto najważniejsze prawa dziedziczności. Autor tych prac, czeski badacz Gregor Mendel, wykazał, że cechy organizmów są zdeterminowane przez dyskretne czynniki dziedziczne. Prace te pozostały jednak praktycznie nieznane przez prawie 35 lat – od 1865 do 1900 roku.
Temat lekcji: Biologia jest nauką o przyrodzie żywej.
Główne cele i zadania: Zapewnienie uczniom piątej klasy podstawowej wiedzy na temat biologii i jej działania.
Szczególną uwagę zwraca się na różnorodność badań biologicznych i powstawanie różnic pomiędzy przyrodą ożywioną i nieożywioną.
Plan lekcji:
- Czego uczy biologia?
- Podrozdziały biologii
- Gdzie wykorzystuje się osiągnięcia biologii?
- Przedstawiciele świata żywego
- Czym organizmy żywe różnią się od nieożywionych?
Podczas zajęć
1. Czego uczy biologia?
Biologia, jako nauka o przyrodzie żywej, bada wszystkie jej przejawy. Jego nazwa zawiera dwa greckie słowa: „bios”, co oznacza życie i „logos”, co oznacza naukę.
W biologii ważne są wszystkie organizmy żywe bez wyjątku, od największych do najmniejszych. Biolodzy (tak nazywają się naukowcy zajmujący się biologią) badają życie we wszystkich jego przejawach. Czym dokładnie się zajmują:
- Badanie struktury organizmów;
- Zbadaj proces reprodukcji;
- Prześledzić pochodzenie i relacje pomiędzy poszczególnymi grupami;
- Badają powiązania pomiędzy obiektami przyrody ożywionej i nieożywionej.
Zadanie praktyczne:
Jak każda inna złożona nauka, biologia ma wiele dziedzin. Każdy z nich skupia się na innych aspektach natury:
- Botanika – nauka o roślinach;
- Zoologia - nauka o zwierzętach;
- Genetyka – nauka o dziedziczności i genach;
- Fizjologia jest nauką o czynności życiowej całego organizmu;
- Cytologia to nauka o komórkach, badająca ich strukturę, funkcjonowanie i rozmnażanie;
- Anatomia to nauka o wewnętrznej strukturze organizmów żywych, lokalizacji i interakcji narządów wewnętrznych;
- Morfologia jest nauką o formie i strukturze organizmów;
- Mikrobiologia to nauka o mikroskopijnych substancjach (mikrobiach);
Zadanie praktyczne:
Zastanów się, na czym skupiają się następujące nauki: embriologia (nauka o rozwoju zarodka), biogeografia (nauka badająca rozmieszczenie geograficzne i rozmieszczenie zwierząt na planecie), bionika (nauka o stosowaniu zasad, które działają w organizmach żywych i istoty nieożywione w urządzeniach i układach technicznych) organizmy), biologia molekularna (nauka o przechowywaniu i przekazywaniu informacji genetycznej na poziomie białek i kwasów nukleinowych), radiobiologia (poświęcona badaniu wpływu promieniowania na obiekty biologiczne), biologia kosmiczna (bada możliwości życia organizmów w warunkach lotu na statkach kosmicznych i podtrzymywania życia na stacjach kosmicznych), fitopatologia (nauka o chorobach roślin), biochemia (bada skład żywych komórek i organizmów).
3. Gdzie wykorzystuje się osiągnięcia biologii?
Biologia jest nauką teoretyczną, jednak wyniki badań biologów często mają charakter stosowany. Gdzie można wykorzystać odkrycia biologiczne?
- Rolnictwo - w celu zwiększenia poziomu zbiorów, zwiększenia produktywności zwierząt gospodarskich i wynalezienia sposobów zwalczania szkodników.
- Medycyna - badanie korzystnych właściwości obiektów przyrody żywej i nieożywionej pomaga wynaleźć nowe leki.
- Ochrona środowiska - biologia pokazuje, w jakim kierunku człowiek burzy istniejący porządek rzeczy w przyrodzie i pomaga znaleźć sposoby zwalczania tych zjawisk.
4. Przedstawiciele świata żywego
W dzisiejszym świecie żywym, podobnie jak 4 miliardy lat temu, istnieją:
- Organizmy przedkomórkowe to wirusy. Stają się żywe tylko wtedy, gdy mają możliwość zamanifestowania się w komórkach organizmów żywych.
- Prokarioty. Mają komórkę, komórka nie ma jądra. Inna nazwa bakterii to bakterie.
- Eukarionty. Dotyczy to grzybów, roślin i zwierząt. Ich komórki utworzyły jądra.
Bakterie, grzyby, rośliny i zwierzęta tworzą 4 królestwa organizmów żywych.
Zadanie praktyczne:
Jakie znasz wirusy? (wirus powodujący ARVI, różne rodzaje grypy itp.).
5. Czym organizmy żywe różnią się od nieożywionych?
Jeśli mówiliśmy już o przedmiotach natury żywej, nie poruszyliśmy jeszcze kwestii, czym są obiekty przyrody nieożywionej. Należą do nich przede wszystkim kamienie, lód, piasek itp. Jakie są charakterystyczne właściwości istot żywych?
- Oddychają.
- Oni karmią. Żaden żywy organizm nie może istnieć bez czerpania energii z zewnątrz. Ale to, co będzie spożywał i przetwarzał – mięso, mleko, zboża czy marchew – nie jest już tak ważne.
- Rozmnażają się, to znaczy rozmnażają swój własny gatunek. Bez tego życie na planecie wyschłoby i skończyło się dawno temu. To właśnie w tej właściwości przejawia się nieskończoność życia na planecie Ziemia.
- Reagują na wpływy środowiska i zależą od warunków, w jakich żyją. Dlatego niedźwiedzie zapadają w sen zimowy, a zające zmieniają kolor.
- Organizmy żywe mają strukturę komórkową. Mogą składać się z jednej komórki (istnieje specjalna klasa komórek jednokomórkowych) lub mogą składać się z wielu (na przykład zwierząt lub ludzi). Tylko wirusy nie mają komórek, więc mogą żyć wyłącznie w ciałach innych zwierząt, roślin lub ludzi.
- Istoty żywe mają podobny skład chemiczny - w ich strukturze występują związki organiczne (białka, tłuszcze, węglowodany) i nieorganiczne (najczęściej jest z nich woda).
- Większość żywych organizmów jest zdolna do ruchu. Wszyscy wiedzą o tej możliwości zwierząt, ale co z roślinami? Obecność korzeni i bycie w poczcie sprawia, że nie są w stanie wykazać się tą właściwością. Jednak nie jest to do końca prawdą. Na przykład słonecznik zmienia swoje położenie w zależności od ruchu Słońca. W ten sam sposób liście wielu roślin reagują na światło słoneczne.
Dzięki tym znakom można je jednak rozróżnić w stanie spoczynku niektóre żywe obiekty nie wykazują oznak aktywności życiowej (na przykład nasiona roślin, pyłki kwiatowe).
Ocena: Poproś uczniów, aby odpowiedzieli na pytania testowe. Na podstawie ich odpowiedzi będzie można określić, w jakim stopniu nauczyli się materiału lekcyjnego:
- Czym jest biologia?
- Czego uczy biologia?
- Jakie poddziały biologii znasz?
- Jakie znasz królestwa organizmów żywych?
- Jakie są główne różnice między żywym organizmem a obiektami nieożywionymi?
6. Podsumowanie lekcji:
Podczas zajęć uczniowie zapoznali się z:
- Czym jest biologia, jakie pytania bada, na czym się skupia.
- Jakie są gałęzie biologii i czym się zajmują?
- W jakich obszarach wykorzystywane są osiągnięcia biologiczne?
- Czym organizmy żywe różnią się od nieożywionych?
Praca domowa:
Jako pracę domową należy dać uczniom możliwość napisania pracy twórczej „W której wykorzystuje się zdobycze biologii”, ponieważ kwestia ta była omawiana podczas lekcji bardzo powierzchownie.
Wykład:
Biologia jako nauka
Biologia stała się odrębną nauką w XIX wieku, kiedy terminu „biologia” zaczęło używać kilku naukowców jednocześnie - Jean Baptiste Lamarck i Gottfried Reinhold Treviranus w 1802 r. oraz Friedrich Burdach w 1800 r. Wcześniej zajmowano się historią naturalną i medycyną w badaniu niektórych aspektów istot żywych.
Przedmiot badań biologii to życie we wszystkich jego przejawach - ewolucja, rozmieszczenie istot żywych na planecie, jego struktura, procesy funkcjonowania, klasyfikacja, relacje organizmów między sobą i ze środowiskiem.
Podstawą współczesnej biologii jest 5 podstawowych zasad:
teoria komórki;
genetyka;
ewolucja;
homeostaza;
Metody biologiczne
Metody biologiczne to techniki stosowane przez naukowców w celu zdobywania nowej wiedzy o organizmach żywych.
Podstawową zasadą każdego naukowca jest zasada „nie przyjmować niczego za pewnik” – każde zjawisko należy dokładnie zbadać i zdobyć o nim rzetelną wiedzę.
Metody biologiczne to techniki, za pomocą których budowany jest system precyzyjnej wiedzy naukowej. Obejmują one:
Obserwacja. Pierwsze spotkanie naukowców z czymś, czego jeszcze nie zbadano.
Opis zjawisko, nowy organizm, jego cechy;
Systematyzacja. Jest to proces korelacji nowej wiedzy z istniejącymi systemami - określenie miejsca nowo odkrytego organizmu na drzewie ewolucji, jego struktury chemicznej, cech reprodukcyjnych i innych właściwości z już istniejącymi systemami wiedzy;
Porównanie. Poszukiwanie podobnych zjawisk, badanie podobnych dowodów, na które natknęli się już inni naukowcy, opisy i niedokończone badania;
Eksperyment. Przeprowadzenie serii eksperymentów w celu potwierdzenia lub obalenia nowej teorii lub hipotezy.
Metoda analityczna. Polega na zbieraniu i porównywaniu wszelkich informacji na dowolny temat.
Metoda historyczna. Pozwala badać wzorce historycznego rozwoju organizmów, odwołując się do istniejącej wiedzy.
Modelowanie. Konstrukcja i obliczanie możliwych opcji budowy organizmu, funkcjonowania jego narządów, jego interakcji z innymi organizmami żywymi. Mogą to być modele komputerowe, trójwymiarowe modele konstrukcji lub metoda matematyczna.
Stosowane są uniwersalne, wspólne dla wszystkich naukzasady konstruowania teorii naukowych:
obserwacja każde zjawisko, właściwości żywego organizmu, jego cechy;
stawianie hipotez – jak i dlaczego obserwowane zjawisko jest możliwe, jego wstępne wyjaśnienie na podstawie wcześniej znanej wiedzy;
eksperyment– czy zjawisko ma charakter stały, czy losowy, czy objawia się w ten sam sposób, gdy zmieniają się warunki eksperymentu, jakie specyficzne warunki na nie wpływają;
po potwierdzeniu doświadczalnym hipoteza staje się teorią ;
przetestować teorię i szukając dokładnych odpowiedzi na pytania, naukowcy przeprowadzają dodatkowe eksperymenty.
Stosowane są także metody specyficzne dla danej nauki, w przypadku biologii są to:
genealogiczny . Poszukiwanie przodków, korelacja nowo odkrytego organizmu z możliwymi krewnymi na drzewie ewolucji;
hodowli tkankowej. Aby zbadać fizjologiczne cechy organizmu, wpływ na niego różnych czynników, przeprowadza się badania na próbkach jego tkanek;
embriologiczny. Badanie procesu rozwoju żywego organizmu przed jego narodzinami;
cytogenetyczny. Badania genomu i struktury komórkowej;
Biochemiczne. Badania chemiczne zawartości komórek, tkanek, środowiska wewnętrznego i wydzielin ustrojowych.
Metod biologicznych jest wiele, oprócz wymienionych powyżej, są one szeroko stosowane w nauce: hybrydyzacja, paleontologia, wirowanie i wiele innych.
Rola biologii w kształtowaniu przyrodniczego obrazu świata
Wiedza o biosferze pomaga ludzkości prognozować długo- i krótkoterminowe procesy zachodzące na Ziemi i próbować nimi zarządzać. Zatem znając rolę roślin zielonych w tworzeniu środowiska tlenowego planety, człowiek rozumie znaczenie ochrony lasów. Posiadając wiedzę na temat zależności między organizmami, ludzkość nie pozwala obecnie na niebezpieczne eksperymenty mające na celu wprowadzenie nowych zwierząt i roślin do stabilnego ekosystemu, co jest nawet przewidziane w prawodawstwie międzynarodowym. Ludzie nie popełniają już takich błędów jak sprowadzanie królików do Australii czy jenotów na Daleki Wschód ZSRR. Obecnie w Kalifornii problemem stały się obce gatunki roślin, które tłumią cenne gatunki reliktowe lokalnej flory.
Nauki biologiczne mogą rozwiązać wiele problemów związanych z zapewnieniem bezpieczeństwa żywnościowego. Hodowla nowych odmian roślin i gatunków zwierząt może zwiększyć produktywność, chronić uprawy przed szkodnikami i zwiększyć produktywność rolnictwa.
GenetykaIfizjologia Obecnie odgrywają one bardzo ważną rolę w zdobywaniu wiedzy medycznej, przyczyniając się do rozwoju nowych metod leczenia, tworzenia leków, umożliwiających zwalczanie chorób i patologii uznawanych za nieuleczalne, a także zapobieganie i hamowanie ich rozwoju w osiągnięcie.
Używając mikrobiologia Trwają prace nad szczepionkami i serum, nowymi odmianami produktów spożywczych i napojów.
Dendrologia i ekologia umożliwią zaopatrzenie przemysłu budowlanego i celulozowo-papierniczego w odnawialny surowiec naturalny – drewno.
Entomologia i botanika – pomagają rozwijać i udoskonalać już znane rodzaje tkanin.
Każda z nauk biologicznych, w tym paleontologia i inne, które wydają się nieistotne, ma silny wpływ na prezentację wiedzy o historii rozwoju planety, miejscu człowieka wśród organizmów żywych, przyczynia się do poprawy jakości życia i ochrony przed wpływem szkodliwych czynników środowiskowych.
| |
