1.1. Биология как наука. Общая характеристика жизни

1.

Раздел 1. Клетка – структурнофункциональная единица живого
Тема 1.1. Биология как наука. Общая
характеристика жизни

2.

Биология — система наук, изучающая живые существа и их взаимодействии
с окружающей средой.
Биологией называют целый комплекс научных дисциплин, изучающих
разнообразные свойства и проявления жизни.
Биология включает в себя множество дисциплин, таких, как ботаника,
зоология, анатомия и физиология человека, цитология, молекулярная
биология, генетика и др.
Будучи объединены эволюционной идеей, биология связана с такими
профессиональными направлениями, как: медицина, агрономия,
ветеринария, биофизика, биохимия, бионика, геногеография, селекция
и т.д.

3.

Основные направления биологии
Физико-химическая
биология
Классическая биология
Изучает многообразие
живой природы,
анализирует те изменения,
которые происходят в
живой природе, изучает
живые объекты и их
классифицирует.
Исследует строение живых
объектов при помощи
физических и химических
методов.
К ней относятся два основных
направления: биохимия и
биофизика.
Эволюционная биология
Изучает происхождение живых
организмов.

4.

Роль и место биологии в
формировании научной картины мира
Особое место в формировании современной научной
картины мира занимает биология, в рамках которой учёные
исследуют живые организмы, их строение, развитие и
происхождение, взаимоотношения со средой обитания и с
другими объектами живой природы.
Её вклад в текущее научное мировоззрение заключается в
изучении и раскрытии общих законов и закономерностей
развития живой природы, т.е. её эволюции.

5.

Практическое значение биологических знаний
Биологические знания позволяют не только расширить научную картину мира, но и
активно используются в практических целях:
1. Благодаря достижениям биологии стало возможно получать промышленным путём
медицинские препараты, витамины, биологически активные вещества.
2. Открытия, сделанные в генетике, анатомии, физиологии и биохимии, позволяют
поставить больному человеку правильный диагноз и выработать эффективные пути
лечения и профилактики различных болезней.
3. Знание законов наследственности и изменчивости позволило учёным-селекционерам
получить новые высокопродуктивные породы домашних животных и сорта
культурных растений, а также методы борьбы с вредителями с/х культур.

6.

Практическое значение биологических знаний
4. Всё большее значение приобретает направление материального
производства – биотехнология, которая оказывает значительное влияние на
решение таких проблем, как производство продуктов питания, охрана
окружающей среды, позволяет получать безопасные для здоровья людей
виды топлива путём переработки промышленного и с/х производств.
5. В области медицины биологические знания позволили получать самые
различные антибиотики, ферменты, аминокислоты и гормоны с помощью
биосинтеза.
Но возможности природы не безграничны. Незнание или игнорирование
законов природы приводит к экологическим катастрофам, которые грозят
гибелью всем живым организмам, в том числе и человеку.
Биологическая грамотность необходима каждому человеку, ведь будущее
нашей планеты зависит только от нас.

7.

История биологии
Создал научную медицинскую школу, дал
первое описание строения животных и
человека, указал роль среды и
наследственности в возникновении болезней.
Основатель биологии как науки. Разработал
систематику животных, определив в ней
место человеку, которого назвал
«Общественное животное, наделённое умом».

8.

История биологии
Считается основателем ботаники и
географии растений. Описал более 500
видов растений, обобщил сведения об их
строении и размножении.
В 1 в. н. э. собрал известные к тому
времени сведения о живых организмах и
написал 37 томов энциклопедии
«Естественная история», которая вплоть до
Средневековья была главным источником
знаний о природе.

9.

История биологии
Древнеримский учёный и врач, изучая
строение млекопитающих заложил
основы анатомии человека.
С наступлением Средневековья и
усилением господства религии развитие
научного естествознания стало
затруднительным, поскольку инквизиция
запрещала проводить вскрытия
животных и человека.

10.

История биологии
Эпоха возрождения – переходный
период между наукой прошлого и
современной наукой. Значительные
социально-экономические изменения
требовали нового понимания
окружающего мира.
Описал многие растения, миграции
птиц. Занимался исследованием
строения человеческого тела, изучал
способы соединения костей,
деятельность сердца и зрительную
функцию глаза.

11.

История биологии
Великий анатом, обобщил и
систематизировал достижения в области
анатомии в своём труде «О строении
человеческого тела».
Во второй половине 15 века, благодаря
географическим открытиям расширились
границы изучения животных и растений.
Появились новые методы естественнонаучных исследований, что привело к
разделению биологии на отдельные науки.

12.

История биологии
Английский врач и биолог, открыл два
круга кровообращения у человека.
В 16 веке был изобретён первый
микроскоп, благодаря которому началось
развитие микробиологии, гистологии и
цитологии.

13.

История биологии
Обнаружил в капле воды подвижных
«зверьков». Описал бактерии, дрожжи,
простейших. Первым открыл эритроциты,
волокна хрусталика, зарисовал
сперматозоиды, строение глаз насекомых
и мышечные волокна.
Шведский натуралист, предложил систему
классификации живой природы. Ввёл
латинские названия и бинарную
номенклатуру для наименования видов.
Описал более 600 видов растений.

14.

История биологии
Основатель эмбриологии, профессор
Петербургской медико-хирургической академии
установил закон зародышевого сходства.
«Зародыши всех животных на ранних этапах
развитиях схожи».
Французский биолог, создал первую стройную и
целостную теорию эволюции живого мира. В 1808
г. Вышел его труд «Философия зоологии».

15.

История биологии
Основатель сравнительной
анатомии и палеонтологии – науки
об ископаемых животных и
растениях.
Авторы клеточной теории, которая
научно подтвердила единство
живого мира.

16.

История биологии
Выдающийся английский
естествоиспытатель, путешественникнатуралист, создатель теории эволюции и
происхождения видов путем естественного
отбора. Он одним из первых смог заметить
и наглядно продемонстрировать, что все
живые организмы эволюционируют во
времени и происходят от общих предков.
Основоположник генетики – науки о
наследственности и изменчивости, выявил
закономерности наследования признаков
организмов.

17.

История биологии
Благодаря исследованиям этих учёных развивалась микробиология,
достижения которой позволили понять природу многих заболеваний
и найти пути их профилактики и лечения.
Луи Пастер доказал невозможность самозарождения жизни и
предложил новый метод обработки молочных продуктов –
пастеризацию.
Учение об иммунитете, созданное И.И. Мечниковым, легло в основу
иммунологии.

18.

История биологии
Фундаментальными для развития физиологии стали труды
учёных И.М. Сеченова и И.П. Павлова.
За исследование в области физиологии пищеварения в
1904 году И.П. Павлов был удостоен Нобелевской премии,
также ввёл термин «Условный рефлекс».

19.

История биологии
Голландский ботаник, в 1903 г. Назвал
мутациями появление внезапных
изменений признаков, приводящих к
образованию новых видов, и
сформулировал мутационную теорию.
Американский биолог, в 1933 г. Получил
Нобелевскую премию «За открытия,
связанные с ролью хромосом в
наследственности».

20.

История биологии
Всемирно известный теоретик
эволюционного учения ХХ в., русский
биолог, создал учение о факторах
эволюции.
Русский учёный-естествоиспытатель,
создатель науки биогеохимии, создал
учение о биосфере и ноосфере.

21.

История биологии
Британский бактериолог, выделил первый в
истории антибиотик пенициллин из
плесневых грибков.
Советский биохимик, создал теорию
возникновения жизни на Земле из
абиотических компонентов.

22.

История биологии
В 1953 г. Американский биохимик Джеймс Уотсон и английский
физик Фрэнсис Крик установили структуру молекулы ДНК.
Двойная спираль молекулы ДНК стала одним из самых громких
открытий современной биологии.

23.

Значение цитологии для развития
биологии и познания природы
Цитология – наука о клетке.
Предмет цитологии - клетки многоклеточных животных и растений, а
также одноклеточных организмов, к числу которых относятся бактерии,
простейшие и одноклеточные водоросли.
Цитология изучает строение и химический состав клеток, функции
внутриклеточных структур, функции клеток в организме животных и
растений, размножение и развитие клеток, приспособления клеток к
условиям окружающей среды.

24.

Значение цитологии для развития
биологии и познания природы
Проведение различных цитологических исследований позволяет
лучше изучить процессы проходящие в клетке. С помощью этих знаний (о
строении и работе клетки) можно предотвратить различные болезни,
вывести новые породы животных и сорта растений, а также получить
нужные человеку вещества с помощью методов генной и клеточной
инженерии.

25.

Методы цитологии
Микроскопия
Микроскопия – это изучение морфологии клетки.
Позволяет изучать объекты и элементы чрезвычайно
малых размеров.
На сегодняшний день, одним из ведущих методов
исследования микрообъектов в биологических
науках является оптическая (она же световая)
микроскопия.
Хроматография
Хроматография - метод разделения и анализа
смесей, а также изучение физико-химических
свойств веществ. Основан на распределении веществ
между двумя фазами - неподвижной и подвижной.
Хроматография позволяет определить качественный
и количественный состав органических веществ, в
том числе летучих углеводородов и биологических
жидкостей. Такой метод используется практически
во всех сферах производства - в фармацевтике,
медицине и т.д.

26.

Методы цитологии
Электрофорез
Электрофорез - физико-химический метод,
используемый в цитологии для разделения смеси
веществ с помощью электрического тока, например,
разделение смеси белков плазмы крови.
Метод меченых атомов
Метод меченых атомов – введение в вещество
радиоактивного изотопа химического элемента для
изучения путей его превращения в клетке. Метод
используется для изучения жизнедеятельности
клетки.

27.

Методы цитологии
Центрифугирование
Центрифугирование – метод разделения клеточных
структур и макромолекул с помощью центрифуги,
позволяющий дифференцировано осаждать клеточные
структуры, отличающиеся друг от друга своей массой.
Культура клеток и тканей
Культура клеток и тканей — это метод в биологии,
который заключается в выращивании клеток, кусочков
тканей или зачатков органов вне организма.
В основе выращивания клеток и тканей лежит строгое
соблюдение стерильности и использование
специальных питательных сред, обеспечивающих
поддержание жизнедеятельности культивируемых
клеток и максимально сходных со средой, с которой
клетки взаимодействуют в организме.

28.

Разнообразие биосистем
В биологии выделяют следующие структурные уровни организации
биосистем:
1. Молекулярно-генетический
5. Организменный
2. Органоидно-клеточный
6. Популяционно-видовой
3. Тканевый
7. Экосистемный (биогеоценотический)
4. Органный
8. Биосферный

29.

Молекулярно-генетический уровень
Молекулярный (молекулярно-генетический) уровень — это уровень
организации живых систем, на котором происходят разнообразные
биохимические процессы, лежащие в основе их жизнедеятельности.
Биологическая система: молекула.
Компоненты этого уровня: отдельные макромолекулы (нуклеиновые кислоты,
аминокислоты, белки, углеводы, липиды, АТФ, ДНК, РНК и т. д.).
Все живые организмы состоят из молекул. Именно на этом уровне происходят
разнообразные биохимические процессы, лежащие в основе их
жизнедеятельности, например: распад и синтез органических макромолекул;
воспроизведение генетической информации (самосборка и матричное
копирование макромолекул); генные мутации.
В результате некоторых из этих реакций происходит поглощение и выделение
энергии.
Науки, изучающие объекты на данном уровне: биохимия, молекулярная
биология, молекулярная генетика.

30.

Органоидно-клеточный уровень
Органоидно-клеточный уровень – это основной уровень организации жизни. Так,
согласно клеточной теории, клетка является элементарной структурной и функциональной
единицей всех живых организмов. Именно с клеточного уровня началась жизнь на Земле.
Биологическая система: клетка.
Компоненты: комплексные соединения молекул и органоиды клетки.
Здесь мы рассматриваем процессы, которые проходят непосредственно в клетке и в её
органоидах, например: клеточное деление; синтез органических веществ; регуляция
химических реакций и др.
Свойства клеточного уровня во многом определяются предыдущим, молекулярным
уровнем. Однако такие процессы, как хранение, кодирование и передача наследственной
информации, в полной мере реализуются лишь на уровне клетки.
Науки, изучающие объекты на данном уровне: эмбриология, цитология, генетика.

31.

Тканевый уровень
Биологическая система: ткань.
Компоненты: клетки и межклеточное вещество.
Этот уровень характерен для многоклеточных организмов. Включает следующие
процессы: обмен веществ; регенерация ткани; дифференциация и
специализация; раздражимость и др.
Науки, изучающие объекты на данном уровне: гистология.

32.

Органный уровень
Биологическая система: орган.
Компоненты: ткани разных типов.
На этом уровне происходят процессы, связанные с функциями различных
органов: пищеварение; транспорт веществ; газообмен; движение и др.
Науки, изучающие объекты на данном уровне: анатомия, физиология,
медицина, зоология, ботаника.
В некоторых источниках тканевый и органный уровни объединяются в
один – тканево-органный уровень.

33.

Организменный уровень
Биологическая система: отдельная особь, организм.
Компоненты: системы органов.
Организм – это целостная биологическая система, обладающая всеми
свойствами живого.
На уровне организмов происходят следующие процессы: обмен веществ;
раздражимость; размножение; онтогенез (процесс индивидуального
развития) и др.
Науки, изучающие объекты на данном уровне: анатомия, генетика,
морфология, физиология.

34.

Популяционно-видовой уровень
Биологическая система: популяция и вид.
Компоненты: группы родственных особей с определённым генофондом и
особенностями взаимодействия с внешней средой.
Примеры: взаимодействие между особями и популяциями одного вида;
генетическая разнородность; накопление элементарных эволюционных
преобразований; процессы адаптации к меняющимся условиям среды;
процессы микроэволюции (дрейф генов, популяционные волны и др.)
Науки, изучающие объекты на данном уровне: генетика, эволюция,
экология.

35.

Экосистемный (биогеоценотический) уровень
Биологическая система: экосистема, или биогеоценоз.
Компоненты: популяции разных видов и комплекс условий среды обитания.
Примеры: круговорот веществ и энергии; межвидовые взаимодействия
(хищничество, паразитизм, конкуренция, симбиоз); передача энергии по
цепям питания и др.
Науки, изучающие объекты на данном уровне: экология.

36.

Биосферный уровень
Биологическая система: биосфера.
Компоненты: биогеоценозы и антропогенное воздействие.
Это высший уровень организации жизни, включающий биосферу – оболочку
Земли, заселённую живыми организмами. На этом уровне происходит
глобальный круговорот веществ и превращение энергии.
Науки, изучающие объекты на данном уровне: экология.

37.

Общая характеристика жизни, свойства
живых систем
Жизнь, как совокупность свойств и признаков, которые позволяют отличить живое
от неживого:
Единство химического состава. Живые существа образованы теми же химическими
элементами, что и неживые объекты.
Единство структурной организации. Клетка является единой структурнофункциональной единицей живого.
Открытость. Все живые организмы представляют собой открытые системы,
устойчивость которых поддерживается в результате постоянного притока энергии и
веществ из окружающей среды.
Обмен веществ и энергии. Все живые организмы способны к обмену веществ и
энергии с окружающей средой.
Самовоспроизведение (репродукция). Способность к самовоспроизведению
является важнейшим свойством всех живых организмов.
Саморегуляция. Любой живой организм подвергается воздействию непрерывно
меняющихся условий окружающей среды.
Рост и развитие. Все живые организмы растут.

38.

Процессы, происходящие в биосистемах:
Обмен веществ (метаболизм) — совокупность химических реакций и процессов,
происходящих в организме, в результате которых потребляются и расходуются
питательные вещества и кислород, а также вырабатывается энергия.
Питание — процесс поступления необходимых веществ и энергии из внешней
среды для поддержания метаболизма.
Дыхание — процесс вывода углекислого газа и продуктов обмена веществ из
организма с помощью кислорода из внешней среды.
Гормональная регуляция — система гормонов, контролирующих и
регулирующих все процессы в организме.
Клеточное деление и рост — процесс образования новых клеток и роста
организма.
Иммунная система — комплекс механизмов, обеспечивающих защиту организма
от чужеродных веществ и микроорганизмов.
Биосистемы обладают способностью к саморазвитию. На организменном
уровне этот процесс связан с реализацией генетической программы организма и
влиянием условий окружающей среды на проявление его отдельных признаков.