Медицинская биология

1.

Севастопольский государственный университет
Кафедра «Радиоэкология и экологическая безопасность»
Медицинская
биология
канд. биол. наук, ст. науч. сотр.
Сытников Денис Михайлович

2.

Медицинская биология
Лекция 1. Жизнь как особое природное явление (2 ч):
1. Биология – наука о жизни.
2. Происхождение жизни.
3. Современная система органического мира.

3.

Биология
Лекция 1. Жизнь как особое природное явление.
1.1. Биология – наука о жизни
Биология – это комплекс наук о живой природе, теоретическая основа медицины. Жизнь была и
остаётся одной из тайн природы, которая до конца не раскрыта, а споры о её сущности и
происхождении продолжаются.
Биология относится к ведущим отраслям естествознания. Высокий уровень её развития служит
необходимым условием прогресса медицинской науки и здравоохранения.
Медицинская биология – это область биологии, которая имеет практическое применение в медицине,
здравоохранении и лабораторной диагностике.
Одним из родоначальников биологии был Аристотель (384–322 гг. до н.э.), впервые подробно
описавший многие виды животных и высказавший мысль о том, что живые организмы есть результат
развития природы от простых форм к более совершенным. Самостоятельной наукой биология стала в
XVIII–XIX вв. В ходе её становления различают этапы:
-
традиционный («Система природы» К. Линнея (1707–1778); «Всеобщая естественная история» Жоржа
Бюффона (1707–1788);
-
эволюционный («Происхождение видов путём естественного отбора», Ч. Дарвин (1809–1882);
-
молекулярно-генетический (законы Г. Менделя, 1822–1884; хромосомная теория Т. Моргана, 1866–
1945; модель ДНК в виде двойной спирали – Ф. Крик (1916–2004) и Дж. Уотсон (род. 1928).

4.

Биология
Лекция 1. Жизнь как особое природное явление.
1.1. Биология – наука о жизни
К числу необходимых и существенных свойств живого относят:
-
высокую организацию структур (единство химического состава, наличие сложных биополимеров,
дискретность и целостность, иерархичность);
-
неравновесность и незамкнутость живых систем (открытость, обмен веществ, постоянство
энтропии);
-
быстрое усложнение в ходе жизнедеятельности (рост и развитие, онтогенез и филогенез,
самоорганизация и саморегуляция);
-
способность к самовоспроизведению (наследственность и изменчивость);
-
специфику взаимодействия с внешней средой (динамичность, раздражимость).
Сегодня подчёркивается, что только совокупность данных свойств даёт представление о специфике
жизни.
Жизнь есть форма существования высокоорганизованных неравновесных открытых систем, в
структуре которых решающую роль играют белки и нуклеиновые кислоты; эти системы способны к
обмену веществ, самовоспроизведению путём передачи наследственной информации и
изменчивости на основе мутаций (М. Волькенштейн, 1989).
Основные функции живого – питание, дыхание, раздражимость, выделение, размножение, рост и
подвижность.

5.

Биология
Лекция 1. Жизнь как особое природное явление.
1.1. Биология – наука о жизни
Биология подразделяется на направления по типам изучаемых организмов
(микробиология, ботаника, зоология).
По уровням организации объектов различают молекулярную биологию, цитологию,
гистологию, анатомию, морфологию, биологию развития, систематику.
По изучаемым свойствам живого выделяют физиологию, этологию, экологию,
генетику, эволюционное учение.
К смежным научным направлениям относят биофизику, биохимию, бионику,
космическую биологию, физиологию труда, социобиологию и др.

6.

Биология
Лекция 1. Жизнь как особое природное явление.
1.1. Биология – наука о жизни
Осмысление системного подхода и иерархичности живых систем привело к формированию
концепции структурных уровней организации живого (молекулярный, клеточный, тканевый,
органов и их систем, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический или
экосистемный, биосферный).
Разнообразие жизни во всех её проявлениях представлено биоразнообразием, под которым
понимают разнообразие на трёх уровнях организации живых систем:
1) генетическое разнообразие – разнообразие генов и их вариантов (аллелей);
2) видовое разнообразие – разнообразие видов в экосистемах;
3) разнообразие самих экосистем.

7.

Уровни организации
жизни

8.

Биология
Лекция 1. Жизнь как особое природное явление.
1.2. Происхождение жизни
Основными концепциями происхождения жизни можно считать следующие: креационизм (решается
в сфере веры), гипотезу самозарождения (самопроизвольное спонтанное возникновение из
неживого вещества), гипотезу стационарного состояния (жизнь на планете существовала всегда),
панспермию (жизнь занесена из космоса, споры жизни), биохимической эволюции (А. Опарин, 1894–
1980).
М. Шлейден (1804–1881) и Т. Шванн (1810–1882), основываясь на представлениях о клетке как о
структурно-функциональной единице всего живого, в 1838 г. сформулировали клеточную теорию,
чем предоставили базу для понимания закономерностей живого мира и развития эволюционного
учения.
Сегодня идеи Ч. Дарвина положены в основу синтетической теории эволюции (учение об
эволюции органического мира, разработанное на основе данных современной генетики, экологии и
классического дарвинизма).
Совмещение дарвиновской теории эволюции с новейшей теорией самоорганизации, а также с
открытиями современной генетики и создание на этой основе универсальной теории эволюции
является одним из крупнейших достижений современного естествознания.

9.

Биология
Лекция 1. Жизнь как особое природное явление.
1.2. Происхождение жизни
Главные этапы на пути возникновения и развития жизни, по-видимому, состоят:
1) в образовании атмосферы из газов, которые могли бы служить «сырьем» для
синтеза органических веществ (метана, оксида и диоксида углерода, аммиака,
сероводорода, цианистых соединений), и паров воды;
2) в абиогенном (т.е. происходящем без участия организмов) образовании простых
органических веществ, в том числе мономеров биологических полимеров —
аминокислот, сахаров, азотистых оснований, АТФ и других мононуклеотидов;
3) в полимеризации мономеров в биологические полимеры, прежде всего белки
(полипептиды) и нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды);
4) в образовании предбиологических форм сложного химического состава —
протобионтов, имеющих некоторые свойства живых существ;
5) в возникновении простейших живых форм, имеющих всю совокупность главных
свойств жизни, — примитивных клеток;
6) в биологической эволюции возникших живых существ.

10.

Биология
Лекция 1. Жизнь как особое природное явление.
1.2. Происхождение жизни
Схема перехода химической эволюции в биологическую

11.

Биология
Лекция 1. Жизнь как особое природное явление.
1.2. Происхождение жизни
Ископаемые останки клеток эукариотического типа обнаружены в породах, возраст которых не
превышает 1,0—1,4 млрд лет. Более позднее возникновение, а также сходство в общих чертах
их основных биохимических процессов (самоудвоение ДНК, синтез белка на рибосомах)
заставляют думать о том, что эукариотические клетки произошли от предка, имевшего
прокариотическое строение.
Наиболее популярна в настоящее время симбиотическая гипотеза происхождения
эукариотических клеток, согласно которой основой (клеткой-хозяином) в эволюции клетки
эукариотического типа послужил анаэробный прокариот, способный лишь к амебоидному
движению. Переход к аэробному дыханию связан с наличием в клетке митохондрии, которые
произошли путем изменений симбионтов — аэробных бактерий, проникших в клетку-хозяина и
сосуществовавших с ней.
Согласно инвагинационной гипотезе, предковой формой эукариотической клетки был
аэробный прокариот. Внутри такой клетки-хозяина находилось одновременно несколько
геномов, первоначально прикреплявшихся к клеточной оболочке. Органеллы, имеющие ДНК, а
также ядро, возникли путем впячивания и отшнуровывания участков оболочки с последующей
функциональной специализацией в ядро, митохондрии, хлоропласты.

12.

13.

Биология
Лекция 1. Жизнь как особое природное явление.
1.2. Происхождение жизни
Первые живые организмы были одноклеточными. Обитая в водной среде, они поглощали воду
и растворенные в ней питательные вещества всей поверхностью тела. Для улучшения условий
питания оказалось целесообразным увеличение поверхности тела, которое явилось на данном
этапе главным направлением эволюции и могло быть достигнуто двумя путями: увеличением
размера клетки у одноклеточных или увеличением количества клеток, т.е. появлением
многоклеточных организмов.
Увеличение размеров клетки привело к появлению гигантских одноклеточных растений,
получивших название однополостных, или «неклеточных» (вошерия, каулерпа, ботридиум). Однако
такой путь был биологически малоперспективным, так как однополостные организмы оказались
недостаточно приспособленными к условиям существования. Они не получили значительного
развития и не смогли дать начало новым, более совершенным формам, способным в дальнейшем
приспособиться к жизни на суше.
Увеличение количества клеток оказалось более биологически ценным и явилось тем путем,
который привел к возникновению совершенно новых жизненных форм, сумевших перейти к
наземному образу жизни. Переходной формой от одноклеточных организмов к многоклеточным
являются колониальные организмы, тело которых состоит из нескольких или многих клеток, но
между этими клетками еще отсутствует тесная морфологическая и физиологическая связь.
Основу современных представлений о возникновении многоклеточных организмов составляет
гипотеза фагоцителлы И.И. Мечникова (1886). Предполагается, что многоклеточные произошли от
колониальных простейших — жгутиковых (вольвокс).

14.

Биология
Лекция 1. Жизнь как особое природное явление.
1.2. Происхождение жизни
Таким образом, возникновение жизни на Земле носит закономерный
характер, и её появление связано с длительным процессом химической
эволюции, происходившей на нашей планете. Формирование структуры,
отграничивающей организм от окружающей среды, – мембраны с
присущими ей свойствами — способствовало появлению живых организмов
и ознаменовало начало биологической эволюции.
Как простейшие живые организмы, возникшие более 3 млрд лет назад,
так и более сложно устроенные в основе своей структурной организации
имеют клетку.

15.

Биология
Лекция 1. Жизнь как особое природное явление.
1.3. Современная система органического мира
Живой мир Земли чрезвычайно разнообразен, поэтому его элементы необходимо
классифицировать – распределять в иерархически соподчиненные группы.
Систематика — раздел биологии, изучающий биологическое разнообразие, его задачи:
выявление, описание всех существующих в настоящее время и вымерших групп живых
организмов и их классифицирование согласно принципу родства. Теорией и практикой
описания и наименования живых организмов занимается таксономия.
Номенклатура — система названий живых организмов и положений по образованию и
употреблению этих названий. Основатель современной научной номенклатуры – шведский
ученый Карл Линней (K. Linnaeus, K. Linne). В труде «Система природы» он дал краткие
характеристики всех известных в его время видов, родов, отрядов и классов животных и
растений. Книга выдержала 12 прижизненных и одно посмертное издание. Исходным
(основным) считают 10 издание (1758) в котором Линней впервые строго применил для
каждого вида латинское название, составленное из двух слов — родового и видового.

16.

Биология
Лекция 1. Жизнь как особое природное явление.
1.3. Современная система органического мира
Бинарная номенклатура из двух слов на латыни дается каждому виду живого организма,
распространенному в любой части света, в стране, говорящей на любом языке. Все названия,
в том числе и латинские, данные различными авторами до 1758 г., не учитываются.
Латинское название рода пишется с заглавной буквы, название вида – всегда со строчной.
Название вида не принято писать без родового названия. Сокращение родового названия до
1–3 первых букв допускается в случае повторного употребления в указанного рода.
Согласно современным представлениям, основной единицей классификации является
биологический вид, под которым понимают популяцию особей, обладающих сходным
строением, поведением и происхождением.
Вид — совокупность популяций особей, способных к скрещиванию с образованием
плодовитого потомства, населяющих определённую территорию, обладающих рядом общих
морфофизиологических признаков и типов взаимоотношений с абиотической и биотической
средой.

17.

Биология
Лекция 1. Жизнь как особое природное явление.
1.3. Современная система органического мира

18.

Биология
Лекция 1. Жизнь как особое природное явление.
1.3. Современная система органического мира
Иерархия таксономических групп,
основанная на системе
классификации К. Линнея

19.

Биология
Лекция 1. Жизнь как особое природное явление.
1.3. Современная система органического мира
Типы систем органического мира:
-
искусственные системы классифицируют организмы по одному или нескольким условным
признакам (Теофраст (372–287 гг. до н.э.) — практическое использование растений;
А. Чезальпино (1519–1603) — строение плодов и расположение в них семян; Ж. Турнефор (1656–
1708) — особенности строения цветка; К. Линней (1707–1778) — «Система природы»: бинарная
номенклатура вида, число и положение тычинок и пестиков на цветке);
-
естественные системы объединяют организмы в систематические группы по комплексу
признаков (А. Жюссье (1748–1836) — сходство растений; О.П. Декандоль (1778–1841) —
«Декандолева система».
-
фенотипическая классификация организмов основывается на современных данных о морфологии,
цитологическом и биохимическом сходстве и может отражать эволюционные связи;
-
филогенетические системы отражают эволюционное происхождение организмов и родственные
взаимоотношения между их отдельными группами (Т. Кавалье-Смит, 1998).

20.

Биология
Лекция 1. Жизнь как особое природное явление.
1.3. Современная система органического мира

21.

Практическое занятие 1
Морфология растительных и животных клеток (4 ч):
Задания
Изучить лекционный и дополнительный материал «Жизнь как особое природное явление» и
письменно ответить на контрольные вопросы [1, С. 41].
Выполнить практические задания 1, 2, 4–7 [2, С. 71–75].
1.
Биология в 2 ч. Часть 1 : учебник для вузов / В. Н. Ярыгин [и др.] ; под редакцией В. Н. Ярыгина,
И. Н. Волкова. — 7-е изд., перераб. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2023. — 427 с. — (Высшее
образование). — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. —
URL: https://urait.ru/bcode/512651 (дата обращения: 12.10.2023).
2.
Биология : учебник и практикум для вузов / В. Н. Ярыгин [и др.] ; под редакцией В. Н. Ярыгина. — 2-е изд. —
Москва : Издательство Юрайт, 2023. — 378 с. — (Высшее образование). — Текст : электронный //
Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/510542 (дата обращения: 02.10.2023).