Структурно-функциональные уровни жизни. Эволюция жизни

1. Структурно-функциональные уровни жизни. Эволюция жизни

2. Общие принципы современной биологии

Биология – система наук, объектами изучения которой являются
живые существа и их взаимодействие с окружающей средой;
биология изучает все аспекты жизни: структуру,
функционирование, рост, происхождение, эволюцию и
распределение живых организмов на Земле, классифицирует и
описывает живые существа, происхождение их видов.
Термин принадлежит Ж.Б. Ламарку.
ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ:
1) Традиционная биология: описательный характер, изучение
живой природы в естественной состоянии;
2) Эволюционная биология: основа – понятие естественного
отбора, изменчивости;
3) Физико-химическая биология (70-е гг. XX в.): сближение с
точными науками.

3. Общие принципы современной биологии

ОСНОВНЫЕ ПРИЗНАКИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Сложная упорядоченная структура;
Получение энергии из окружающей среды для поддержания
упорядоченности;
Активные реакции на окружающую среду;
Усложнение организмов (к примеру, появление новых веток);
Способность к размножению;
Приспособленность к среде обитания.
Лишь совокупность этих свойств дает представление о живом.
Жизнь – форма существования сложных открытых систем,
способных к самоорганизации, самовоспроизведению и передаче
информации. Вопрос: только ли в белковой форме может
существовать живое?

4. Уровни организации живой природы

1) Молекулярно-генетический уровень. Элементарная единица –
ген, элементарное явление – воспроизводство генетических кодов.
Основа всех живых систем Земли – 6 химических элементов
(органогенов): углерод, кислород, водород, азот, сера, фосфор.
ФАКТОРЫ ОТБОРА ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ БИОСИСТЕМ:
1)
Способность к прочным связям;
2)
Лабильность связей (способность к новым связям).
2) Онтологически-организменный уровень. Элементарная единица
– особь (одноклеточный или многоклеточный организм),
элементарное явление – онтогенез. Онтогенез – процесс
индивидуального развития организма от его зарождения (ввел Э.
Геккель).

5. Уровни организации живой природы

3) Популяционно-видовой уровень (надорганизменный). Единица
– популяция, явление – изменение ее генетического состава.
ПОДУРОВНИ:
1) Популяция («население») – совокупность особей одного вида,
устойчиво сохраняющаяся на протяжении многих поколений.
Может занимать различные территории в зависимости от
размера особей и их численности;
2)
Биоценоз – сообщество; группа популяций с общей
территорией обитания. Развивается на участке земной
поверхности – биотопе, где действуют факторы: радиация,
свойства почвы, минеральные вещества и т.д. Могут быть
естественными и антропогенными (агробиоценоз);

6. Уровни организации живой природы

3)
Биогеоценоз – единство биоценоза с неживой природой;
4)
Биосфера – совокупность всех живых организмов вместе со
средой их обитания, куда входят: вода, нижняя часть атмосферы,
верхняя часть земной коры.
ВАЖНЫЕ ПОНЯТИЯ:
1) Экологическая сукцессия – внесезонные процессы, являющиеся
определенной последовательностью появления и исчезновения
популяций в данном местообитании. Может быть первичной – на
лишенном жизни месте и вторичной – на месте другого
сообщества.
2) Биологический круговорот – циркуляция веществ в биосфере
между почвой, атмосферой, растениями, микроорганизмами и
животными (продуценты, консументы, редуценты).

7. Продуценты, консументы, редуценты

8. Круговорот

9. Учение о биосфере

Биосфера (от слов «жизнь» и «шар») – оболочка Земли, заселенная
живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая
продуктами их жизнедеятельности; глобальная экосистема Земли.
Термин предложил Э. Зюсс в 1875 г., но подробно учение
разработал В.И. Вернадский.
Вещество биосферы состоит из:
1) Живого вещества – растения, животные, человек;
2) Биогенного вещества (создано жизнью, является источником
энергии): уголь, нефть, известняк;
3) Косного вещества;
4) Биокосного вещества - ил, почвы, воды;
5)
Веществ радиоактивного распада;
6) Космического излучения;
7) Веществ космического происхождения (метеориты).

10. Учение о биосфере

ВЫВОДЫ В.И. ВЕРНАДСКОГО:
1)
Биосфера целостна, строение Земли – согласованный
организм, важен принцип гармонии;
2)
Важная роль живого вещества в эволюции Земли;
3)
Важность автотрофности, автотрофы – организмы,
синтезирующие органические вещества из неорганических;
4)
Биосфера – один и тот же химический аппарат с древних
геологических эпох;
5)
Жизнь постоянна – менялись лишь ее формы.

11. ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ТЕОРИИ

12. Эволюционные теории

Эволюция – образование сложных видов из простых.
1) К. Линней (1707 – 1778). Создатель единой системы
классификации растительного и животного мира. Выделил
биологический вид в качестве исходной категории в
систематике. Вид – совокупность популяций особей, сходных по
строению и способных к скрещиванию с образованием
плодовитого потомства. СХЕМА: вид – род – отряд – класс –
царство.
Есть три царства:
1) минеральное: минералы не живут и не чувствуют, но могут
расти;
2) растительное: растения живут и растут, но не чувствуют;
3) животное: животные живут, чувствуют и растут.

13. Эволюционные теории

2) Ж.-Б. Ламарк (1744 – 1829). Первая попытка построения
целостной эволюционной концепции. Ввел термин «биология».
Жизнь возникла естественным путем в виде простых организмов,
они изменялись, совершенствовались и пришли к
современному состоянию. Дифференциация внутри класса
ведет к появлению разновидностей.
ТЕЗИСЫ:
1) В организмах заложена врожденная способность к
самосовершенствованию;
2)
Причина изменения видов – воздействие на организм
внешних сил природы. Итог: развитие одних органов в
результате частого употребления (шея у жирафа, язык у
муравьеда) и отмирание других – ненужных.

14.

15. Эволюционные теории

Взгляд Ж.-Б. Ламарка

16. Эволюционные теории

3) Закон Геккеля-Мюллера (биогенетический закон): каждая
особь в своем индивидуальном развитии – онтогенезе повторяет
историю развития своего вида – филогенез (1864 – 1866 гг.).

17. Эволюционные теории

4) Л. Долло (1857 – 1931). Закон необратимости эволюции:
организм, популяция, вид не могут вернуться к прежнему
состоянию (1893 г.).
5) Теория эволюции Ч. Дарвина (1809 – 1882). Любой вид
растений и животных стремится к размножению в
геометрической прогрессии, но число взрослых особей при
этом относительно постоянно. Это является результатом борьбы
за существование.
В процессе эволюции накапливаются полезные признаки,
образуются новые виды, остальные организмы гибнут. Лишь
немногие приспосабливаются к изменениям среды, большАя
часть вида гибнет.

18. Эволюционные теории

Борьба за существование – совокупность многообразных и
сложных взаимоотношений между организмами и между
организмами и окружающей средой:
1) Межвидовая – успех одного и неуспех другого вида;
2) Внутривидовая (самая острая);
3) С условиями среды.
ИТОГ: выживают и оставляют потомство особи с комплексом
признаков, позволяющим конкурировать с другими наиболее
успешно.
Естественный отбор – процессы уничтожения одних особей и
преимущественного размножения других. Может быть и
искусственный отбор (усилия человека).

19. Эволюционные теории

За передачу полезных признаков следующим поколениям
отвечает фактор наследственности, это устойчивость видов.
Новые виды – результат изменчивости, то есть превращения
организмов под влиянием внешней среды.
ИЗМЕНЧИВОСТЬ:
1) Определенная – способность всех особей вида одинаково
реагировать на изменение среды, изменения не
наследуются. Сейчас называют адаптивной модификацией.
Примеры: увеличение пигментации кожи, развитие костномышечной системы в результате тренировок и т.д.
2) Неопределенная – приводит к существенным изменениям в
организме, они наследуются. Сейчас называют мутациями.

20.

Свойство
Ненаследственная (адаптивные
модификации)
Наследственная
Объект изменений
Фенотип в пределе нормы реакции
Генотип
Фактор возникновения
Изменения условий окружающей
среды
Рекомбинация генов вследствие
слияния гамет, кроссинговер,
мутации
Наследование свойств
Не наследуется
Наследуется
Значения для особи
Повышает жизнеспособность,
приспособленность к условиям
окружающей среды
Полезные изменения приводят к
выживанию, вредные – к гибели
организма
Значение для вида
Способствует выживанию
Приводит к появлению новых популяций, видов в результате дивергенции
Роль в эволюции
Адаптация организмов к условиям
окружающей среды
Материал для естественного отбора
Форма изменчивости
Групповая
Индивидуальная
Закономерность
Статистическая закономерность
вариационных рядов
Закон гомологических рядов
наследственной изменчивости

21. Различие теорий Ламарка и Дарвина

22. Эволюционные теории

Подтверждения теории Ч. Дарвина:
1)
Палеонтология;
2)
Географическое распространение;
3)
Селекция;
4)
Сравнительная анатомия;
5)
Сравнительная эмбриология;
6)
Сравнительная биохимия.

23. Эволюционные теории

6) Синтетическая теория эволюции (СТЭ). Началом разработки
синтетической теории эволюции принято считать работы
русского генетика С.С. Четверикова по популяционной генетике
(20-е гг. XX в.).
СТЭ – современная эволюционная теория, которая является
синтезом различных дисциплин, прежде всего, генетики и
дарвинизма.
Элементарная эволюционная структура – популяция, т.к. она
обладает свойствами самоорганизующейся целостной
системы.
Элементарный эволюционный процесс – устойчивые изменения
генотипа в популяциях.

24. Эволюционные теории

Основной механизм эволюционного процесса – отбор
организмов с мутациями, полезными для приспособления к
среде.
Наследственные изменения происходят под воздействием ряда
эволюционных факторов:
1)
2)
3)
4)
5)
Мутационный процесс;
Популяционные волны (волны численности) – колебание
численности вокруг средней величины;
Изоляция – запрет на скрещивание популяции с другими
группами;
Естественный отбор;
Второстепенные факторы: темпы и характер мутационных
процессов, частота смены поколений и т.д.

25.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СТЭ:
1) Главный движущий фактор эволюции – естественный отбор.
Есть 3 формы естественного отбора:
движущий - возникновение новых генотипов;
стабилизирующий – в определенных условиях в популяции
становится преобладающим оптимальный для этих условий
фенотип;
дизруптивный (разрывающий) – внутри популяции возникают
формы, способные превратиться в новые виды.
2) Существуют микроэволюции – необратимые
преобразования генетико-экологической структуры популяции,
способные привести к формированию нового вида.
Макроэволюция – происхождение рода, отряда, класса,
развитие жизни на Земле в целом, она может осуществляться
как через микроэволюции, так и вне их.

26. Эволюционные теории

3) Эволюционные изменения случайны и не направлены.
4) Существуют стратегии адаптации:
много ресурсов, мало хищников – рост численности,
активность расселения, высокая скорость метаболизма;
ограниченность территории, конкуренция, хищники – спад
прироста численности, умеренный метаболизм;
много хищников, недостаток ресурсов – поиск убежища,
спячка;
крайне неблагоприятные условия – мутации, качественное
изменение особей, переход в новую экологическую нишу.

27. Эволюционные теории

7) Другие концепции эволюции живого:
Катастрофизм (Ж. Кювье): геологическая история Земли
состояла из ряда этапов спокойного развития, разделяемых
бурными катастрофами. Биологические виды неизменны;
Номогенез (Л.С. Берг): признание закономерного характера
изменчивости организмов, лежащей в основе эволюционного
процесса. Организмы развились из многих тысяч первичных
форм. Изменчивость идет к усложнению;
Коэволюция: эволюция – результат взаимодействия
организмов, существует согласованность всех видов жизни.
Объединение биологической и культурной эволюций.

28. Гипотезы о происхождении жизни на Земле

1)
Креационизм;
2)
Внеземные цивилизации и космический разум;
3)
Самопроизвольное зарождение жизни;
4)
Стационарное состояние – «живое от живого» (В.И.
Вернадский, К.Э. Циолковский, виталисты); сюда же можно
отнести гипотезу панспермии – семена на твердом
космическом веществе (Г. Рихтер, Св. Аррениус). Это теории
биогенеза.
5)
Теория абиогенеза посредством биохимической эволюции –
процесс превращения неживой природы в живую.

29. Биохимическая эволюция

На Земле жизнь возникла около 3,8 – 4,1 млрд лет назад в виде
простейших живых организмов.
ТЕОРИЯ ОПАРИНА – ХОЛДЕЙНА:
1) Возникновение органических веществ;
2) Возникновение белков;
3) Возникновение белковых тел.
Водная оболочка органических молекул приобретала четкие
границы и отделяла молекулу от окружающего раствора.
Молекулы, окруженные водной оболочкой, объединялись,
образуя многомолекулярные комплексы – коацерваты.
Далее коацерватные капли подвергались естественному
отбору.

30. Биохимическая эволюция

СОВРЕМЕННЫЕ НАУЧНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ:
1)
Голобиоз (субстратная концепция): первичной была
протоклеточная структура, способная к элементарному
обмену веществ при содействии некоторых ферментов.
2)
Генобиоз (информационная концепция): первичной была
молекулярная система с исходным генетическим кодом.
Победила концепция генобиоза: первыми живыми существами
были РНК-организмы без белков и ДНК (только ферменты). Эти
организмы – рибозимы (молекулы РНК с ферментной
активностью). Термин «рибозим» был введен Келли Крюгер в 1982
г.