Биология – наука о живой природе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Биология - наука о живой природе

Биология - это наука о живом, о строении живой материи и процессах с ее участием, формах и развитии живого, о распространении живых организмов и их природных сообществ, взаимосвязях живой и неживой природы.

Автором термина «биология» является Жан Батист Ламарк. До него эта область знаний определяли как естественную историю или философию природы.

В 1949 году была предложена классификация биологических наук: в ней выделилось 3 направления.

Биология:

общие биологические науки

частные науки

комплексные науки

молекулярная биология

ботаника

почвоведение

генетика

зоология

гидробиология и др.

анатомия и морфология

микология

биохимия

микробиология

экология и др.

вирусология

антропология

На сегодняшний день главной проблемой теоретической биологии является создание единой теории живого.

Жизнь - есть форма существования открытых, саморегулирующихся и самовоспроизводящихся систем, построенных из полимеров - белков и нуклеиновых кислот (по М.В. Волькенштейну).

Выделяют признаки (свойства) живой материи, отличающие ее от неживой:

1. Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. В живых организмах 99 % химического состава приходится на четыре элемента -- углерод, кислород, азот и водород.

2. Клеточное строение. Все живые организмы, кроме вирусов, состоят из клеток.

3. Обмен веществ. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из нее вещества, необходимые для питания, и выделяя продукты жизнедеятельности.

4. Энергозависимость. Живые тела представляют собой «открытые» для поступления энергии системы, т. е. не находящиеся в состоянии покоя системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним энергии и материи (в виде питательных веществ) извне.

5. Самовоспроизведение (репродукция) -- это свойство живых организмов воспроизводить себе подобных.

6. Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Она обусловлена стабильностью, т. е. постоянством, строения молекул ДНК.

7. Изменчивость. Это свойство как бы противоположно наследственности, но вместе с тем тесно связано с ней. Изменчивость -- это способность организмов приобретать новые признаки и свойства, в основе которой лежат изменения биологических матриц.

8. Рост и развитие. Способность к развитию -- всеобщее свойство материи. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой и неживой природы. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта, изменяется его состав или структура. Развитие живой формы существования материи представлено индивидуальным развитием, или онтогенезом, и историческим развитием, или филогенезом.

9. Раздражимость. Любой организм неразрывно связан с окружающей средой: извлекает из нее питательные вещества, подвергается воздействию неблагоприятных факторов среды, вступает во взаимодействие с другими организмами и т. д. В процессе эволюции у живых организмов выработалось и закрепилось свойство избирательно реагировать на внешние воздействия.

10. Саморегуляция (авторегуляция) - это способность живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов. При этом недостаток поступления каких-либо питательных веществ мобилизует внутренние ресурсы организма, а избыток вызывает запасание этих веществ.

10. Ритмичность - это свойство присуще как живой, так и неживой природе. Обусловлено оно различными космическими и планетарными причинами: вращением Земли вокруг Солнца, сменой времен года, фазами Луны и т. д. Для неживой природы характерны, например, изменения освещенности и температуры в течение года и суток, приливы и отливы в морях и океанах, перемещение воздушных масс -- ветры и т. д. Живые организмы также подчиняются внешним датчикам времени, однако реакция их значительно сложнее изменений окружающей среды.

В настоящее время выделяют 8 уровней организации живой материи.

Задание 1. Впишите структурные составляющие каждого уровня организации жизни и укажите процессы, характерные для них.

уровень	состав	функционирование
Молекулярный (молекулярно-генетический)	биологические макромолекулы: белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты	обмен веществ, превращения энергии, распад веществ, передача наследственной информации
клеточный	Состоит из двух центриолей: дочернего и материнского. Одна из центриолей, а именно материнская, имеет множество дополнительных образований. Материнский участок диплосомы является источником создания микротрубочек. Обазовывают центросферу, состоящую из углеводов, белков и липидов.	Образование внешних структур, так называемых жгутиков; образовывает реснички- волоскоподобные образования; образовывает нити веретена деления в процессе непрямого деления клетки (митоз) и в ходе деления ядра эукариотических клеток с уменьшением численности хромосом наполовину.
тканевый	Любая ткань представляет собой совокупность клеток и межклеточного вещества, которого может быть много (кровь, лимфа, рыхлая соединительная ткань) или мало (покровный эпителий). Клетки каждой ткани (и некоторых органов) имеют собственное название: клетки нервной ткани называются нейронами, клетки костной ткани - остеоцитами, печени - гепатоцитами и так далее. Межклеточное вещество химически представляет собой систему, состоящую из биополимеров в высокой концентрации и молекул воды.	Каждая ткань выполняет свою функцию. Например: Эпителиальная ткань, покрывает тело, выстилает внутренние поверхности органов (желудка, кишечника, мочевого пузыря и других) и полостей (брюшной, плевральной), а также образует большинство желез. Соединительная ткань выполняет механическую, опорную, формообразующую и защитную функции. Жировая ткань используется для хранения жиров, при распаде которых высвобождается большое количество энергии.
органный	Система органов опоры и движения; пищеварительная; дыхательная; сердечно-сосудистая; мочевыделительная; половая (мужская, женская); эндокринная; нервная; соматосенсорная (покровная).	Система органов предусматривает прежде всего функциональное объединение органов.
организменный	Различают четыре вида интеграции: механическую, гуморальную, химическую и нервную. В качестве механических интеграторов на тканевом уровне выступают межклеточные вещество и контакты; на органном уровне -- соединительная ткань; на системном --- вспомогательные органы. Гуморальные интеграторы -- это кровь и лимфа. Они выполняют интегративную роль на органном, системоорганном и организменном уровнях. Химическая интеграция -- это эндокринная регуляция, которая осуществляется гормонами, выделяемыми железами внутренней секреции. Гормоны оказывают свое интегративное действие на всех уровнях: клеточном, тканевом, органном, системоорганном и организменном.	Органы помогают выполнять главные присущие характерные свойства для живого существа. А именно: обмен веществ, раздражимость, способность к росту, размножению, подвижность, поддержание постоянства внутренней среды, пластичность и целостность.
популяционно-видовой
биогеоценотический
биосферный

По вопросу происхождения жизни, как и по вопросу сущности жизни, нет единого мнения. Существует несколько гипотез возникновения жизни на Земле.

гипотеза	сущность
креационизм	жизнь была создана Творцом (Бог, Идея, Высший разум и др.) и остается неизменной с момента сотворения
гипотеза стационарного состояния	жизнь, как и сама Вселенная, существовала всегда и будет существовать вечно, так как не имеющее начала не имеет и конца
гипотеза панспермии	жизнь на Землю была занесена из космоса, и прижилась здесь, после того как на Земле сложились благоприятные для этого условия
гипотеза абиогенеза	жизнь зародилась на Земле из неживой материи и прошла несколько этапов эволюции

2. Клетка как биологическая система

Клетка - это структурно-функциональная единица живой материи.

В 1838 г. немецкие ученые Т.Шванн и М. Шлейден, сопоставив все имеющиеся в то время в науке факты, сформулировали первое положение клеточной теории: клетка является основной структурной и функциональной единицей в живых организмах. Современная клеточная теория включает 5 положений:

Клетка - единица строения и развития всех живых организмов.

Клетки всех живых организмов сходны по общему плану строения и обмена веществ.

Клетки размножаются делением. Каждая новая клетка возникает в результате деления исходной (материнской) клетки.

Многоклеточный организм развивается от отдельно взятой клетки.

В сложном многоклеточном организме сходные по строению и функциям клетки объединены в ткани. Из тканей состоят органы, формируются функциональные системы органов.

В современной биологии клеточная теория - это одно из крупнейших обобщений. Строение и жизнедеятельность клеток изучает наука цитология.

Химический состав живых организмов

Химический состав живых организмов можно выразить в 2 видах: атомный и молекулярный.

Атомный (элементный) характеризует соотношение атомов элементов, входящих в состав живых организмов.

Молекулярный (вещественный) состав отражает соотношение молекул веществ.

По содержанию элементы, входящие в состав живого, делятся на 3 группы:

макроэлементы - водород, углерод, кислород, азот (суммарно они составляют 99%);

микроэлементы - сера, фосфор, магний, натрий, железо, цинк, медь, йод, фтор, хлор (их суммарное содержание в клетке составляет порядка 0,1 %);

ультрамикроэлементы - уран, радий, золото, ртуть, цезий, селен и др. (их содержание незначительно, биологическая роль многих еще не раскрыта).

Задание 1. Укажите химические соединения, содержащиеся в живых организмах.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание 2. Заполните таблицу, указав особенности строения и функции основных органических и неорганических веществ клетки.

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА
название	Особенности строения	функции
ВОДА	молекула воды представляет из себя диполь	§ средообразующая § пластическая § транспортная § тургорная § исходное вещество и продукт биохимических процессов § терморегуляторная
Минеральные соли	Часто встречаются в виде ионов. Среди ионов большое значение имеют соли К+, Na+, Са++ Ещё, Ca и P	* обеспечивают такое важное для живых организмов свойтсво, как раздражимость * от концентрации солей зависит буферные свойства клетки
ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА
Белки	Бесконечное разнобразие белков осуществляется за счёт сочетания 20 аминокислот. И общую группу можно представить в виде: (Лера, тут приложенная картинка №1)	* защитная (интерферон усиленно синтезируется в организме при вирусной инфекции); * структурная (коллаген входит в состав тканей, участвует в образовании рубца); * двигательная (миозин участвует в сокращении мышц); * запасная (альбумины яйца); * транспортная (гемоглобин эритроцитов переносит питательные вещества и продукты обмена); * рецепторная (белки-рецепторы обеспечивают узнавание клеткой веществ и других клеток); * регуляторная (регуляторные белки определяют активность генов); * белки-гормоны участвуют в гуморальной регуляции (инсулин регулирует уровень сахара в крови); * белки-ферменты катализируют все химические реакции в организме; * энергетическая (при распаде 1 г белка выделяется 17 кдж энергии).
Жиры	Гидрофобная головка (остаток глицерина) и гидрофильный хвост (жирные кислоты). Синтезируется следующим образом: глицерин (С3H5OH) + 3 жирные кислоты (радикал - карбоксильная группа)	* нерастворимые в воде органические вещества. * выделяет энергию при расщеплении молекулы жира выделяя 38,9 кДж * защитная (подкожная клетчатка и слой жира вокруг внутренних органов предохраняют их от механических повреждений) ; * регуляторная (гормоны и витамины, содержащие липиды, регулируют обмен веществ) ; * теплоизолирующая (подкожная клетчатка сохраняет тепло) .
Углеводы	Моно- и полимеры, в состав которых входит углерод, водород и кислород в соотношении 1:2:1.	* энергетическая (при распаде 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж энергии) ; * структурная (целлюлоза, входящая в состав клеточной стенки у растений) ; * запасающая (запас питательных веществ в виде крахмала у растений и гликогена у животных) .
Нуклеиновая кислота (АТФ)	состоит из азотистого основания аденина, пятиуглеродного сахара рибозы и трех остатков фосфорной кислоты, соединенных между собой макроэргической связью.	При гидролизе высвобождается большое количество энергии. АТФ является основным макроэргом клетки -- аккумулятором энергии в виде энергии высокоэнергетических химических связей.

Структурная организация клетки.

Все клетки состоят из 3 основных частей: клеточной оболочки, цитоплазмы и ядра (у прокариот - нуклеоид). В цитоплазме находятся органоиды, выполняющие определенные функции.

Задание 3. Рассмотрев рисунок 1, заполните таблицу «Особенности строения и функции основных органоидов клетки.

органоид	строение органоида	функции
Плазмалемма (цитоплазматическая мембрана) - основа клеточной оболочки	двойной слой липидов с белками на разной глубине	ограничивающая избирательная проницаемость проведение нервного импульса поддержание постоянства внутриклеточного состава
Цитоплазматический матрикс
Пластиды
Эндоплазматическая сеть	Состоящая из мембран сложная система каналов и полостей, пронизывающих всю цитоплазму. ЭПС бывает двух типов -- гранулированная (шероховатая) и гладкая. На мембранах гранулированной сети располагается множество мельчайших телец -- рибосом; в гладкой сети их нет.	* участие в синтезе, накоплении и транспортировке основных органических веществ, вырабатываемых клеткой. Белок синтезируется в гранулированной, а углеводы и жиры -- в гладкой ЭПС.
Ядро	От цитоплазмы отделяет ядерная оболочка, состоящая из двух трехслойных мембран, между которыми располагается узкая полоска из полужидкого вещества. Через поры ядерной оболочки осуществляется обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Полость ядра заполнена ядерным соком. В нем находятся ядрышко (одно или несколько), хромосомы, ДНК, РНК, белки и углеводы.	* заключена наследственная информация
Лизосомы	Округлые тельца диаметром около 1 мкм. С поверхности лизосома ограничена трехслойной мембраной, внутри ее находится комплекс ферментов, способных расщеплять углеводы, жиры и белки. В клетке имеется несколько десятков лизосом. Новые лизосомы образуются в комплексе Гольджи.	* переваривание пищи, попавшей в клетку путем фагоцитоза, и удаление отмерших органоидов.
Клеточный центр	Состоит из двух маленьких цилиндров -- центриолей (диаметром около 1 мкм), расположенных перпендикулярно друг другу. Стенки их состоят из коротких трубочек, полость заполнена полужидким веществом	* образование веретена деления и равномерное распределение хромосом по дочерним клеткам
Комплекс Гольджи	Имеет разнообразную форму и состоит из ограниченных мембранами полостей, отходящих от них трубочек и расположенных на их концах пузырьков.	* накопление и выведение органических веществ, синтезируемых в эндоплазматической сети, образование лизосом.
Ядрышко	округлое тельце размером от 1 до 10 мкм и более	* синтез РНК
Митохондрии	Мелкие тельца, размером 0,2--0,7 мкм. Их количество в клетке достигает нескольких тысяч. Они часто меняют форму, размеры и местоположение в цитоплазме, перемещаясь в наиболее активную их часть. Внешний покров митохондрии состоит из двух трехслойных мембран. Наружная мембрана гладкая, внутренняя -- образует многочисленные выросты, на которых располагаются дыхательные ферменты. Внутренняя полость митохондрий заполнена жидкостью, в которой размещаются рибосомы, ДНК и РНК. Новые митохондрии образуются при делении старых.	* синтез АТФ * синтез небольшого количество белков, ДНК и РНК.
Вакуоли
Рибосомы	Мелкие тельца, диаметром 15--20 нм, состоящие из двух частиц. В каждой клетке их сотни тысяч. Большинство рибосом располагаются на мембранах гранулированной ЭПС, а часть -- в цитоплазме. В их состав входят белки и р-РНК.	* основная функция - синтез белка.

Важнейшим свойством живого, проявляющимся на разных уровнях организации, является обмен веществ и энергии.

Обмен веществ и энергии (метаболизм) -- это совокупность химических реакций, протекающих в клетках или в целостном организме и заключающихся в синтезе сложных молекул и новой протоплазмы (анаболизм) и в распаде молекул с освобождением энергии (катаболизм).

Условия обмена веществ:

строго определенное место

обязательное участие биологических катализаторов - ферментов

ОВ = КАТАБОЛИЗМ + АНАБОЛИЗМ

Энергетический обмен (реакции диссимиляции).

I этап - подготовительный - может проходить в цитоплазме, у животных - в пищеварительной системе.

Белки расщепляются до аминокислот; жиры - до глицерин и жирные кислоты; углеводы - до глюкозы; ДНК - до нуклеотидов.

При этом расщеплении выделяется энергия (Е) и рассеивается в виде тепла. Эта энергия используется для пополнения запасов аденозинтрифосфата (АТФ), который является непосредственным источником клеточной энергии, универсальной энергетической «валютой» в биологических системах.

Пополнение запасов АТФ обеспечивается реакцией фосфата (Ф) с аденозиндифосфатом (АДФ), а именно:

АДФ + Ф + энергия ? АТФ

АТФ - мононуклеотид, состоящий из аденина, рибозы и 3 остатков фосфорной кислоты, соединяющихся между собой макроэнергетическими связями.

АТФ + Н₂О > АДФ + Н₃РО₄ + 30,6 кДж

АДФ + Н₂О > АМФ + Н₃РО₄ + 30,6 кДж

АМФ + Н₂О > аденин + рибоза + Н₃РО₄ + 13,8 кДж

II этап - бескислородный (гликолиз) - протекает в цитоплазме

С₆Н₁₂О₆ + 2Н₃РО₄ + 2АДФ > 2С₃Н₄О₃ + 4Н + 2 АТФ

III этап - кислородный - протекает в митохондриях и состоит из каскада 30 реакций

2С₃Н₄О₃ + О₂ + 36 АДФ + 36 Н₃РО₄ 6 СО₂ + 6 Н₂О + 36 АФТ

В процессе энергетического обмена органические вещества постепенно расщепляются. Энергия химических связей переходит в другие виды энергии: тепловую, механическую, электрическую, энергию химических связей молекул АТФ. биология клетка организм мендель

Самое большое количество энергии выделяется в кислородном этапе. Е АТФ используется на все энергоемкие процессы:

АТФ + Н₂О АДФ + Н₃РО₄ + Е ^

Суммарное уравнение расщепления глюкозы выглядит следующим образом:

С₆Н₁₂О₆ + 6 О₂ + 38 АДФ > 6 СО₂ + 44 Н₂О + 38 АТФ

Пластический обмен (реакции ассимиляции)

- совокупность биосинтетических реакций, обеспечивающих построение клеточных компонентов. Включает фотосинтез и биосинтез БЖУ.

Фотосинтез - синтез сложных органических соединений (сахара и крахмала) из СО₂ и Н₂О с использованием энергии солнца, осуществляемый только в зеленых растениях и некоторых бактериях.

Осуществляется фотосинтез в хлоропластах в две последовательные фазы: световую и темновую.

Общее уравнение фотосинтеза:

6 СО₂ + 6 Н₂О + Е _слн > С₆Н₁₂О₆ + 6 О₂ ^

Задание 4. Запишите значение фотосинтеза.

Хемосинтез - синтез органических соединений из неорганических за счет энергии химических реакций окисления, происходящих в клетке. Хемосинтез характерен для некоторых бактерий, которые называются хемосинтезирующими. Эти бактерии обладают специальными ферментами, позволяющими им окислять неорганические вещества и использовать полученную энергию для синтеза органических веществ.

По характеру ассимиляции различают автотрофные, гетеротрофные и миксотрофные организмы.

Автотрофные (от греч. autos -- сам, trophe -- пища), или самопитающиеся организмы, -- это организмы, способные синтезировать органические соединения из неорганических (углекислого газа, воды и неорганических соединений азота и серы). В зависимости от источника потребляемой энергии автотрофы классифицируют на фотосинтезирующие и хемосинтезирующие организмы.

Фотосинтезирующими организмами являются растения, в листьях которых осуществляется фотосинтез.

Зеленые растения образуют углеводы, которые передвигаются из листьев в корни, где вступают в реакции с аммиаком и образуют аминокислоты.

Хемосинтезирующими организмами являются микроорганизмы -- нитрифицирующие, серобактерии, водородные бактерии и железобактерии. Свободный азот усваивают азотфиксирующие бактерии.

Гетеротрофные (от греч. heteros -- другой, trophe -- пища) организмы -- это организмы, которые нуждаются в готовых органических соединениях. Ими являются животные, а также микроорганизмы. Гетеротрофные организмы получают энергию путем окисления органических соединений.

Для животных характерен голозойный способ гетеротрофного питания, заключающийся в потреблении пищи в виде твердых частиц с последующей ее механической и химической переработкой.

Напротив, для микроорганизмов характерен осмотическим способ гетеротрофного питания. При этом способе питание происходит растворенными питательными веществами путем поглощения их всей поверхностью тела.

Миксотрофные (от лат. mixtus -- смешанный) организмы -- это организмы, способные как к синтезу органических веществ, так и к использованию их в готовом виде.

Например, эвглена зеленая на свету является автотрофом, в темноте -- гетеротрофом.

Автотрофы и гетеротрофы связаны между собой питанием (пищевыми цепями) и энергетически, в результате чего существование одних из них зависит от других и наоборот.

Еще одним универсальным свойством живого является размножение (самовоспроизведение) - способность воссоздавать себе подобных. В основе размножения и индивидуального развития всех живых организмов лежит процесс деления клеток.

Клеточный цикл - события от образования до деления клетки.

Интерфаза - период между двумя делениями клетки.

Деление клеток - характерный именно для живых организмов процесс появления из родительской клетки двух и более новых клеток.

Амитоз - прямое деление клеток без образования хромосом и веретена деления; ядро делится перетяжкой или фрагментацией, оставаясь в интерфазном состоянии (простейшие, раковые клетки).

Митоз - непрямое деление, в результате которого обеспечивается равномерное распределение генетического материала между двумя дочерними клетками; проходит в 4 стадии: профаза, метафаза, анафаза, телофаза.

Мейоз - процесс деления половых клеток, сопровождающийся уменьшением числа хромосом вдвое (образование гаплоидного набора); состоит из тех же фаз, что и митоз, но проходит 2 последовательных деления

Задания для контроля.

Как различаются органоиды и включения клетки?

В чем заключается сходство в строении молекул белков и нуклеиновых кислот?

Чем обусловлена способность АТФ накапливать энергию в клетке?

Почему при митозе образуются диплоидные клетки, а при мейозе - гаплоидные?

В чем заключается биологический смысл митоза?

3. Организм как биологическая система

По особенностям строения клеток выделяют два надцарства живых организмов - прокариоты и эукариоты. Клетки прокариот (бактерий) не имеют оформленного ядра, их генетический материал (кольцевая ДНК) находится в цитоплазме и ничем не защищена. В клетках прокариот отсутствует ряд органоидов: митохондрии, пластиды, комплекс Гольджи, вакуоли, лизосомы, эндоплазматическая сеть. Клетки эукариот имеют оформленное ядро, в котором располагаются линейные молекулы ДНК, связанные с белками и образующие хроматин. В цитоплазме этих клеток есть мембранные органоиды.

Размножение - присущее всем организмам свойство воспроизведения себе подобных.

Различают две формы размножения - бесполое и половое.

Задание 1. Заполните таблицу

Особенности бесполого размножения

способ размножения	особенности	примеры организмов
деление клетки надвое	тело родительской клетки делится митозом на две части, каждая из которых дает начало полноценным клеткам	прокариоты, одноклеточные эукариоты (амеба)
множественное деление клетки	Тело исходной клетки делится митотически на несколько частей, каждая из которых становится новой клеткой	Одноклеточные эукариоты (жгутиковые, споровики)
почкование	На материнской клетке сначала формируется бугорок, содержащий ядро. Почка растет, достигает размера материнской, отделяется	Одноклеточные эукариоты, некоторые инфузории, дрожжи
спорообразование	Спора - особая клетка, покрыта плотной оболочкой, защищающей от внешних воздействий	Споровые растения; некоторые простейшие
вегетативное размножение:	Увеличение числа особей данного вида происходит путем отделения жизнеспособных частей вегетативного тела организма	Растения, животные
- у растений	Образование почек, стеблевых и корневых клубней, луковиц, корневищ	Лилейные, пасленовые, крыжовниковые и др.
- у животных	Упорядоченное и неупорядоченное деление	Кишечнополостные, морские звезды, кольчатые черви

Половое размножение связано с образованием половых клеток (гамет) и их слиянием (оплодотворением).

Онтогенез (греч. «существо» и «происхождение, развитие») - полный цикл индивидуального развития особи, в основе которого лежит реализация наследственной информации на всех стадиях существования в определенных условиях внешней среды; начинается с образования зиготы и заканчивается смертью особи.

Термин «онтогенез» был введен Эрнстом Геккелем в 1866 г.

Периоды онтогенеза:

эмбриональный

постэмбриональный

Для высших животных и человека принято выделять пренатальный (до рождения) и постнатальный (после рождения) периоды. Принято также выделять предзиготный этап, предшествующий образования зиготы.

Периодизация онтогенеза

период	особенности
предзиготный	образование гамет (гаметогенез), накопление рибосомальной и информационной РНК, различные участки цитоплазмы приобретают отличия по химическому составу.
эмбриональный период
зигота (одноклеточная стадия развития многоклеточного организма)	содержит зерна желтка, митохондрии, пигменты, цитоплазма перемещается, ярко выраженная двусторонняя симметрия (билатеральная). У ряда видов животных начинается синтез белка и новой РНК
дробление	образуются борозды дробления, которые разделяют клетку пополам - на 2 бластомера (2,4,8,16,32,64 и т.д.). В результате ряда последовательных дроблений образуется группа тесно прилегающих друг к другу клеток. Зародыш напоминает ягоду малины. Он получил название морулы.
бластуляция	конечная стадия дробления яйца. У ланцетника бластула образуется по достижении зародышем 128 клеток. Бластула имеет форму пузырька со стенкой в один слой клеток, который называется бластодермой.
гаструляция	сложное перемещения эмбрионального материала с образованием 2 или 3 слоев тела зародыша (зародышевые листки): эктодерма, энтодерма и мезодерма. Развитие губок и кишечнополостных заканчивается на стадии двух зародышевых листков. У всех остальных организмов, стоящих на эволюционной лестнице выше, развиваются три зародышевых листка.
гистогенез и органогенез	происходит образование тканей и органов

Постэмбриональное развитие у животных может протекать по типу прямого и непрямого развития.

Непрямое (личиночное) развития встречается у видов, яйца которых бедны желтком. Эти организмы имеют в своем развитии одну или несколько личиночных стадий. Личинки ведут активный образ жизни, в большинстве случаев сами добывают себе пищу, но у некоторых видов (преимущественно паразитических) имеют лишь органы расселения. Для осуществления жизненных функций у личинок есть ряд временных органов, отсутствующих во взрослом состоянии. Этот пит развития сопровождается превращением - метаморфозом.

Прямое развитие имеет место у рыб, пресмыкающихся, птиц, а также беспозвоночных, яйца которых богаты питательными веществами, достаточными для завершения онтогенеза. Питание, дыхание и выделение у этих зародышей осуществляется также временными органами.

Особенности передачи наследственного материала от организма организму, и реализацию их в онтогенезе изучает генетика.

Генетика (от греч. «происходящий от кого-то») - наука о законах и механизмах наследственности и изменчивости. В зависимости от объекта исследования классифицируют генетику растений, животных, микроорганизмов, человека и другие; в зависимости от используемых методов других дисциплин -- молекулярную генетику, экологическую генетику и другие.

Наследственность - способность организмов передавать свои признаки и особенности развития потомству. Благодаря этой способности все живые существа (растения, грибы, или бактерии) сохраняют в своих потомках характерные черты вида. Такая преемственность наследственных свойств обеспечивается передачей их генетической информации. Носителями наследственной информации у организмов являются гены.

Ген - участок молекулы ДНК, несущий информацию о каком-либо признаке или свойстве организма

Генотип - совокупность всех генов, локализованных в хромосомах данного организма.

Аллели (аллельные гены) - состояния, формы данного гена, определяющие альтернативное развитие одного и того же признака и расположенные в идентичных участках гомологичных хромосом. Каждый ген может находиться в двух состояниях - доминантном (подавляющем, обозначается прописной буквой, например, А, D,W) или рецессивном (подавляемом, обозначается строчной буквой, например, а, н, d,w,x).

Гомозигота - диплоидная клетка или организм, гомологичные хромосомы которого несут одинаковые аллели данного гена (обозначается, например, АА, аа, нн,WW).

Гетерозигота - диплоидная клетка или организм, гомологичные хромосомы которого несут разные аллели данного гена (обозначается, например, Аа, Нн,Ww).

Фенотип - совокупность всех особенностей строения и жизнедеятельности организма.

Гибрид - половое потомство от скрещивания двух генотипически различающихся организмов.

Моногибридное скрещивание - скрещивание организмов, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков (например, желтая и зеленая окраска семян у гороха).

Дигибридное скрещивание - скрещивание организмов, отличающихся друг от друга по двум парам альтернативных признаков (например, желтая и зеленая окраска семян у гороха и гладкая и морщинистая поверхность семян гороха).

Работы Г. Менделя, Т. Моргана и их последователей заложили основы теории гена и хромосомной теории наследственности.

Основу исследований Г. Менделя, которые проводились, когда еще не были известны хромосомы, составляют скрещивания и изучение гибридов садового гороха. Г. Мендель начал исследования, располагая 22 чистыми линиями садового гороха, которые имели хорошо выраженные альтернативные (контрастирующие) различия между собой по семи парам признаков, а именно: форма семян (круглые - шероховатые), окраска семядолей (желтые - зеленые), окраска кожуры семян (серая - белая), форма бобов (выполненные - морщинистые)

Законы Менделя:

I закон Менделя. Закон единообразия гибридов первого поколения: при скрещивании организмов, различающихся по одной паре контрастных признаков, за которые отвечают аллели одного гена, первое поколение гибридов единообразно по фенотипу и генотипу. По фенотипу все гибриды первого поколения характеризуются доминантным признаком, по генотипу всё первое поколение гибридов гетерозиготное.

II закон Менделя. Закон расщепления: при моногибридном скрещивании во втором поколении гибридов наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении 3:1 : около 3/4 гибридов второго поколения имеют доминантный признак, около 1/4 -- рецессивный.

III закон Менделя. Закон независимого комбинирования: при дигибридном скрещивании расщепление по каждой паре признаков у гибридов F₂ идет независимо от других пар признаков и равно 3:1, как при моногибридном скрещивании.

Задание 2. Решите задачи.

При скрещивании 2-х черных кроликов появился белый крольчонок. Чем это можно объяснить?

У кошек черный ген окраски шерсти (В) доминирует над геном рыжей окраски (b), а ген короткой шерсти (S) доминирует над геном длинной шерсти (s). Какова ожидаемая доля котят с черной короткой шерстью среди потомков, если кот будет иметь черную короткую шерсть (ВbSs), а кошка - черная с длинной шерстью (Bbss)?

Изменчивость - это общее свойство живых организмов приобретать новые признаки.

Различают наследственную и ненаследственную (модификационная) изменчивость/

Формы изменчивости

формы	причины проявления	значение	примеры
Ненаследственная (модификационная изменчивость)	изменение условий среды, в результате чего организм изменяется в пределах нормы реакции, заданной генотипом	адаптация - приспособление к данным условиям среды, выживание, сохранение потомства.	белокочанная капуста в условиях жаркого климата не образует кочана; породы лошадей и коров, завезенные в горы, становятся низкорослыми
Наследственная (генотипическая)
Мутационная	влияние внешних и внутренних мутагенных факторов, в результате чего происходит изменение в генах и хромосомах	материал естественного и искусственного отборов, так как мутации могут быть полезными, вредными и безразличными, доминантные и рецессивные	репродуктивная изоляция > новые виды, рода > микроэволюция.
Комбинативная	возникает стихийно в рамках популяции при скрещивании, когда у потомков появляются новые комбинации генов.	распространение новых наследственных изменений, которые служат материалом для отбора.	появление розовых цветков при скрещивании белоцветковых и красноветковых примул.
Соотносительная (коррелятивная)	возникает в результате свойства генов влиять на формирование не одного, а двух и более признаков	постоянство взаимосвязанных признаков, целостность организма как системы	длинноногие животные имеют длинную шею.

Эволюция - необратимое и направленное развитие органического мира.

В основе современной теории эволюции лежит теория Ч. Дарвина. Но эволюционизм (теория эволюции или представление о развитии) существовал и до Дарвина.

Различают два направления эволюции.

Биологический прогресс - увеличение численности особей данной систематической группы (вида, рода, класса, семейства, отряда и др.), расширение ареала.

Биологический прогресс означает победу вида в борьбе за существование. Он является следствием хорошей приспособленности организмов к условиям окружающей среды. В настоящее время прогрессируют многие группы насекомых, цветковых растений и др.

Биологический регресс - уменьшение численности особей данной систематической группы, сужение ареала, сокращение видового разнообразия внутри группы.

Биологический регресс означает отставание в темпах эволюции о скорости изменения условий окружающей среды. Он может привести к вымиранию группы. Исчезли древовидные плауны и хвощи, древние папоротники, большинство древних земноводных и пресмыкающихся. Регрессивными сейчас являются род выхухолей, семейство гинкговых и др.

Существует 4 основных пути эволюции: ароморфоз, идиоадаптация, общая дегенерация, гипергенез.

Ароморфоз - крупные эволюционные изменения, ведущие к подъему уровня биологической организации, к развитию приспособлений широкого значения, расширению среды обитания. Это развитие принципиально новых признаков и свойств, позволяющих группе организмов перейти на другую ступень эволюции. Пример: дифференциация органов пищеварения, усложнение зубной системы, появление теплокровности - все это снизило зависимость организма к окружающей среды. У млекопитающих и птиц появилась возможность переносить снижения температуры среды значительно легче, чем, например, рептилиям, которые теряют свою активность с наступлением холодной ночи или холодного периода года.

Ароморфозы сыграли важную роль в эволюции всех классов животных. Например, в эволюции насекомых большое значение имело появление трахейной системы дыхания и преобразование ротового аппарата (выход на сушу и разнообразное питание).

Идиоадаптация - частное приспособление организмов к определенному образу жизни без повышения общего уровня организации.

Организмы эволюционируют путем частных приспособлений к конкретным условиям среды. Такой тип эволюции ведет к быстрому повышению численности. Благодаря формированию различных идиоадаптаций животные близких видов могут жить в самых разных географических зонах. Например, представителей семейства волчьих можно встретить на всей территории от Арктики до тропиков. Идиоадаптация обеспечила расширение ареала семейства и увеличение числа видов.

Общая дегенерация - это процесс, который ведет к упрощению организмов, к регрессу.

Общая дегенерация может наступить и при биологическом прогрессе. Например, у паразитических ленточных червей, у крабов паразит саккулина.

Гипергенез - путь эволюции, связанный с увеличением размеров тела и непропорциональным переразвитием органов тела. В различные периоды в разных классах организмов появлялись гигантские формы. Но, как правило, они довольно быстро вымирали и наступало господство более мелких форм. Вымирание гигантов чаще всего связывают с нехваткой пищи, хотя некоторое время такие организмы могут иметь преимущество из-за своей огромной силы и отсутствия по этой причине врагов.

Приведите примеры основных путей эволюции

ароморфоз	идиоадаптация	общая дегенерация	гипергенез
Появление электрон-транспортных цепей (что обеспечило возможность фотосинтеза и аэробного дыхания)	Галапагосские вьюрки (различные типы клювов)	У двустворчатых моллюсков исчезновение головы
Появление белков-гистонов и ядерной оболочки (что обеспечило возможность митоза, мейоза и полового размножения)	У собак невтяжные когти для ускорения бега, наличие хищных зубов, снижение температуры тела через усиленное ротовое дыхание (потовые железы отсутствуют)	У свинного цепеня-солитёра - "потеря" пищеварительной системы.
Появление зародышевых листков у животных и дифференцированных тканей у растений (что привело к образованию систем органов) .	У божьих коровок, саламандр - предостерегающая окраска	Потеря зрения у кротов, протей, глубоководных
Появление осевого скелета - хорды	У ежей - колючки

4. Многообразие организмов, их строение и жизнедеятельность

В настоящее время на Земле обитает несколько миллионов видов живых организмов. Из них описано около 5 миллионов видов. По предположениям биологов количество видов в несколько раз больше, т.к. многие виды микроорганизмов, растений, насекомых и других организмов до сих пор еще не изучены. Разобраться в таком многообразии живых организмов ученым помогают специальные разделы или научные направления биологии. Среди них: систематика, таксономия и классификация. Систематика - это важнейший раздел биологии, направленный на описание и обозначение ныне существующих на Земле и вымерших организмов. Таксономия - это раздел систематики, разрабатывающий теоретические основы классификации живых организмов по системе иерархически соподчиненных таксонов или групп. Классификация - это тоже раздел систематики, осуществляющий по определенной системе распределение всего множества живых организмов. В современной биологии принята следующая классификация и иерархия таксонов: надцарство, царство, отдел (тип в систематике животных), класс, порядок (отряд), семейство, род, вид. В ряде случаев выделяются и промежуточные таксоны, например, над- и подотдел, над- и подкласс, и т.д. Современная систематика живых организмов может быть представлена следующим образом:

Клеточные формы организмов:

Надцарство Прокариоты

Надцарство Эукариоты

(Procariota)

(Eucariota)

Царство Бактерии

Царство Растения

Царство Архебактерии

Царство Грибы

Царство Прокариотические водоросли

Царство Животные

Прокариоты - это одноклеточные безъядерные организмы, у которых единственная молекула ДНК имеет форму замкнутого кольца и расположена она в цитоплазме небольшой клетки. В клетке отсутствуют мембранные органеллы, а их функции выполняют впячивания мембраны цитоплазмы. Имеются очень маленькие рибосомы. Амитотическое деление клеток осуществляется путем простой перетяжки. Представители: архебактерии - древнейшие бактерии. Сегодня известно около 40 видов. Среди них метанобактерии. Эубактерии - или истинные бактерии, - более поздняя в эволюционном отношении форма. Цианобактерии - цианеи и синезеленые водоросли - фототрофные прокариоты, осуществляющие оксигенный фотосинтез с выделением О₂ в атмосферу. По форме клеток среди бактерий выделяются кокки (шаровидные); бациллы (палочковидные); вибрионы (дуговидно изогнутые); спириллы (спиралеобразные). Как правило, бактерии это одноклеточные организмы. Те, которые образуют колонии, существуют независимо друг от друга. При неблагоприятных условиях (засуха, холод, очень высокая влажность) бактерии образуют споры, у которых имеется плотная оболочка вокруг молекулы ДНК с участком цитоплазмы. По отношению к кислороду все бактерии подразделяют на 3 формы: аэробы - нуждающиеся в кислороде; анаэробы - погибающие в присутствии кислорода; факультативные формы - нейтральные и толерантные по отношению к О₂.

Сравнительная характеристика грибов, растений и животных»

признак	Царство растений	Царство грибов	Царство животных
строение клетки
рост
движение
способ питания
поглощение пищи
запасное питательное вещество
способ размножения
разнообразие

До сегодняшнего дня подразделение живых организмов на подцарства и царства остается предметом спора отечественных и зарубежных биологов. Например, ряд специалистов предлагает делить все живые организмы на три надцарства: акариоты, прокариоты и эукариоты. Причем к акариотам относят только одно Царство - Вирусы. Однако вирусы это частицы настолько простого строения, состоящие из одной молекулы ДНК или РНК, окруженной белковой оболочкой, что их вообще большинство специалистов и сегодня не относит к числу живых организмов. Ведь размножаться вирусы могут только попав в клетки живых организмов. Здесь вирусная ДНК или РНК как бы вынуждает «захваченную» клетку синтезировать по собственной программе новые белки и генетический материал. В результате интенсивного размножения вирусные частицы разрушают живую клетку. Так случается при различных вирусных инфекциях: рините, гепатите, гриппе, полиомиелите и т.д.

Лишайники - это симбиотические организмы, состоящие из двух партнеров: гриба и синезеленых водорослей (цианобактерий). Гриб лишайника представлен мицелием, придающим организму специфическую внешнюю форму. Внутри мицелия в каждом лишайнике имеются пустоты, в которых располагаются клетки водорослей. Такое соединение автотрофно питающихся водорослей с гетеротрофными грибами, питающимися ассимилятами вырабатываемыми фотосинтезирующими партнерами по симбиозу, оказалось весьма успешным сочетанием двух организмов. Однако в систематическом отношении они принадлежат к двум царствам: царству Грибы и царству Растения. Возраст лишайников на Земле по-видимому, достигает не менее 200 млн лет (судя по находкам некоторых ископаемых лишайников, он примерно в два раза меньше, чем возраст как грибных компонентов - 500 млн лет, так и водорослей - 450 млн лет). У лишайников существует три типа размножения: вегетативное, бесполое и половое. Наиболее часто наблюдается вегетативное размножение, основанное на способности слоевища лишайники регенерировать из отдельных его участков.

По особенностям строения слоевищ лишайники подразделяют на классы, а по отношению к субстратам и факторам окружающей среды их подразделяют на ряд экологических групп, например, выделяют эпифитные лишайники, растущие на стволах и ветках деревьев и кустарников. Различают лишайники трёх типов: накипные или корковые (в виде плёнки, часто окрашенной на камнях, стенах зданий и т.д.); листоватые (в виде пластинок приросших к поверхности субстрата) и кустистые - похожие на маленькие кустики, растущие на поверхности земли или ведущие эпифитный образ жизни (например, «олений мох»).

И сегодня лишайники широко распространены по всей планете. Они процветают во многих регионах Земли. Особенно активно лишайники заселяют каменистые субстраты, кору деревьев, скалы и бедные питательными веществами почвы. Зачастую лишайники выступают пионерами, осваивающими экстремальные условия обитания, например, тундры Заполярья или антарктические льды на острове Кергелен. Лишайники являются ценным кормом для оленей. Они играют важную роль в природе в связи с особенностями своего метаболизма. Лишайники выделяют в окружающую среду кислоты, способные растворять многие минеральные вещества, стимулируя этим процессы выветривания и почвообразования. В современный период специалисты в области изучения лишайников - лихенологи, насчитывают около 20 тысяч видов этих организмов. Часть видов используется для получения антибиотиков (кладония, пармелия, эверния, и др.). Некоторые виды служат в качестве источников ароматических веществ и фиксаторов запахов, используемых в парфюмерной промышленности (лобария). Некоторые лишайники могут даже употребляться в пищу человеком, например, в пустынях Среднего Востока съедобной считается аспицилия, иначе называемая как лишайниковая манна.

Задания для контроля.

Почему лишайники могут жить в бесплодных местах, где другие организмы не выживают?

В каких процессах жизнедеятельности растений участвует вода?

Какое значение имеют растения на Земле?

1. Это связанно с неприхотливостью лишайников. Они впитывают всю влагу дождей, росы и туманов, они способны поселяться в различных местах вне зависимости от близости воды: на отвесных скалах, стенах, камнях, даже на стеклах, в лесах, болотах, пустыне и тундре. Но нужно помнить, что они очень чувствительные к загрязнению воздуха. Поэтому, часто по их состоянию или отсутствию определяют чистоту воздуха

2. В фотоситезе, ассимиляции и диссимиляции, транспирации.

3. Растения являются основным источником органических веществ на Земле, кроме того, в атмосферу выделяют кислород, забирая углекислый газ, обогащают почву. Расстания используют для еды, топлива и корма животных или просто для материала. Поэтому, без растений, жизнь на Земле была бы не возможна.

Размещено на Allbest.ru