Биология –это наука о живом, его строении, формах активности, природных сообществ живых организмов, их распространение и развитие, связях друг с другом и связах с неживой природой.

i) По объектам исследования биологическая наука делится на: вирусологию, бактериологию, ботаника, зоология, антропология.

II) По свойствам проявления живого: морфология (наука о строении живых организмов), физиология (функционирование живых организмов), молекулярная биология (структурах живых тканей), генетика (исследует законы изменчивости и наследственности).

III) По структурным уровням организации систем живой природы: цитология (изучает клетки), гистология (строение ткани), анатомия (макроскопическое строение живых организмов).

Выделяют 3 основных этапа в развитии биологии:

1) Этап систематики. Связан с именем Карла Линнея.

2) Эволюционный этап. Связан с именем Чарльза Дарвина.

3) Биология микромира. Связан с работа Грегора Менделя.

Современная биология развивается в 3 основных направлениях:

1) В рамках натуралистической биологии.

2) В рамках эволюционной биологии.

3) В рамках Физико-химическая.

Традиционная (натуралистическая) биология. Биологическая систематика Карла Линнея.

Объект изучения – природа в её естественном состоянии. Основные метод – наблюдение и классификация.

Задача: классификация наблюдаемых явлений. Вершины искусственной классификации, стала система Карла-Линнея. Прежде всего, согласно этой классификации, все растительные организмы делятся на группы. Группы он навал – таксоны. С именем этого ученого связана бинарная система классификации рода и вида. Его вторая заслуга – он указал, что между таксонами существует принцип иерархичной соподчиненности: Таксоны делятся на классы, отряды, род, вид, разновидность.

В наши дни, традиционная биология не утратила своего значения по следующим основаниям:

1) Описано всего лишь только 2/3 животного и растительного вида. То есть не все виды описаны и классифицированы в рамках современной биологии.

2) Наличие экологических проблем.

Физико-химическая биология. Прежде всего, с одной стороны, название обусловлено тем, что изучает объекты живой природы на физико-химическом уровне организации. Обусловлено применение физико-химических методов для исследования живых систем:

1) Метод меченых атомов. Его используют при наблюдении за перемещением и превращением веществ внутри живых организмов. Благодаря этому методу, по сути, все обменные процессы живых организмов были изучены.

2) Метод рентгено-структурного анализа и электронной микроскопии. Этот метод позволяет исследовать крупные молекулярные компоненты и микроскопические структуры живых организмов.

3) Хроматографические методы. Используют при биохимических исследований.

4) Спектральные методы. И методы зондирования в ткани. Например, ЯМР томография, УЗИ томографы, оптические зонды.

5) Компьютеризированная. Привели к созданию томографов, которые позволяют провести послойный анализ ткани.

Эволюционная биология. Теория Ч. Дарвина. Развитие живых систем (изменение во времени). Развитие во времени, неотъемлемое свойство живой природы.

Основные положения были сформулированы в рамках теории Дарвина 1859 год. В этой работе он сформулировал движущие силы эволюции:

1) Наследственность.

2) Изменчивость.

3) Естественный отбор.

Основной вывод: весь ход эволюции видов ведет к тому, что генетические и иные признаки, обеспечивающие выживание вида, от поколения к поколению все чаще. Современная эволюционная теория базируется на синтетической теории эволюции.

Современная теория эволюции базируется на:

1) На эволюционные теории Дарвина.

2) На выводах современной генетики.

В рамках синтетической теории эволюции (СТЭ) существенные изменения претерпели понятия изменчивости и естественного отбора. В настоящее время выделяют 3 типа изменчивости:

1) Наследственная изменчивость. Является аналогом неопределенной изменчивости Ч. Дарвин, которая обусловлена возникновением новых генотипов.

2) Ненаследственная изменчивость. Отражает изменение фенотипа, а не генотипа. Их еще называют фенотипическими изменениями. У Дарвина, такой тип изменчивости назывался – определенная изменчивость.

3) Онтогенетическая изменчивость. Отражает изменения в ходе индивидуального развития организма.

Сущность живого, его основные признаки.

Жизнь – это форма существования сложных открытых систем., способных к самоорганизации и к самовоспроизведению. Одна из форм движения материи.

Свойства живых организмов:

1) Наличие сложной упорядоченной структуры.

2) Способность к изменению и усложнению.

3) Способность к самовоспроизведению на основе генетического кода.

4) Высокая приспособляемость к внешней среде.

5) Получение энергии извне для поддержания собственного упорядочения.

6) Активная реакция на окружающую среду

7) Способность сохранять и передавать информацию.

8) Молекулярная хиральность (диссимметрия).

Киплинг: «Я определяю жизнь как некую закодированную информацию, сохраняемую естественным отбором».

Структурные уровни организации живого:

1) Молекулярно-генетический уровень.

2) Клеточный уровень.

3) Организменный (органо-тканевый уровень).

4) Популяционно-биоценотический.

5) Биосферный.

Молекулярно-генетический уровень организации живой природы. 3 основные проблемы, которые решает биология на этом уровне организации материи:

1) Проблема происхождения жизни. Охватывает 5 основных парадигмальных концепций происхождения жизни. 1) Концепция креационизма. Объясняется божественным началом. Согласно Библии, сначала были созданы растения и животные из воды, а затем в соответствии со своим замыслом, Бог создает звери и их земные породы. Суть – создается сразу. 2) Концепция панспермий. Основывается на том, что жизнь на землю привнесена извне с других планет. Слабым местом данной концепции является, что любые формы жизни под действием жесткого ультрафиолетового погибают, а на земле защищает озоновый слой, а за пределами нет. Это и есть слабое место этой теории. 3) Концепция самопроизвольного зарождения жизни. Считается, что жизнь многократна, может возникать из неживого вещества. Данная концепция существовала в Древнем Египте, Китае, Греции, Индии. Данной концепции придерживались Фалес, Демокрит, Аристотель, Ламарк, Гегель, Галилей, Декарт. На этой концепции поговорим подробнее. Считалось, что жизнь может многократно зарождаться из неживого вещества. Данная концепция была опровергнута 1688 году, Франческо Реди. Он сформулировал основную концепцию благодаря силе опытов, которыми он провел с закрытыми сосудами. Опытным путем показал, что живое вещество может иметь только от живого вещества. Была сформулирована основная концепция биогенеза, суть которой сводилась к следующему: Все живое из живого.

В 1860 году Луи Пастер, опытным путем показал, что бактерии вездесущи и могут зарождаться в рамках неживого вещества. Кроме того, он показал, что чтобы избавиться от них, нужна пастеризация – нагревание продукта до 100 градусов Цельсия.

Таким образом, Луи Пастер обосновал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг концепцию спонтанного зарождения жизни, которому придерживалось большинство великих ученых. 4) Концепция стационарного состояния. Жизнь на земле существовала всегда. Сильная сторона этой теории: разрывы в палеонтологической летописи. Слабая сторона: не вписывается в биогеохимическую концепцию происхождению земли. Данной концепции придерживался В. И. Вернадский. 5) Биогеохимическая концепция происхождения жизни. Он придумал - А. И. Опарин. 1924 год. «Происхождение жизни». Основная идея – зарождение жизни – это длительный эволюционный процесс становление жизни в недрах неживой материи. В рамках этого процесса ряд неорганических соединений самопроизвольно, под действием физико-химических факторов превращаются в так называемые «кирпичики жизни», превращаются в аминокислоты, нуклеотиды и нуклеозиды, АТФ, ДНК, РНК. Сильная сторона теории: данная теория согласуется с гипотезой до биологической эволюции. Кроме того, данная теория имеет эмпирическое подтверждение. Оно было получено 1953 году. Миллер Стейли Лойд провел следующий эксперимент. В запаянный сосуд были помещены газы первичной атмосферы земли, а именно – водород, аммиак, метан, газообразная вода. Через эту газовую смесь пропускали электрические заряды при высокой температуре. После вскрытия ампул были обнаружены аминокислоты и другие органические кислоты, которые являются составными частями живого. Слабая сторона теории Опарина: уязвимость, Не может ответить на вопрос – Что произошло раньше аминокислоты или белки. Гипотезы: 1) Утверждают первичность аминокислот, объединяют под общим названием голобиоз. 2) Утверждает генобиоз, первичность происхождения органических систем генетического кода. Концепция Опарина достаточно точно описывает происхождение первичных клеток. Первичные клетки называются коацерваты. Как они возникают? Первые органические соединения под действием мощных физических факторов образуются молекулы жирных кислот – липиды. Данные молекулы имеют 2 полярности, один из которых смачивается молекулами воды, а другой нет. Гидрофильные и гидрофобные концы липидов. Гидрофильные концы липидов обращаются к внешней среде, а гидрофобные образуют замкнутое пространство. Образуются коацерваты. Пространственно-обособленная целостная система. Она поглощает из внешней среды вещества и процессы жизнедеятельности выбрасываются продукты. В результате, начинается обмен веществ.

2) Молекулярно-генетический подход к изучению эволюции. Классическая менделевская генетика поставила перед современной 2 основных вопроса:

1) Что такое ген и генотип?

2) Каким образом происходит развитие популяций и возникновение новых биологических видов?

Классическая генетика базируется на 3 основных законах. Первый закон Менделя – закон единообразия первого поколения. Второй закон Менделя – закон расщепления. Этот закон отражает появление доминантных и рецессивных признаков. Третий закон фиксирует независимое комбинирование признаков.

С точки зрения современного естествознания. Носителями наследственной информации являются хромосомы и гены, открытые в конце 19 века. 1953, Д. Уотсон открывают молекулу ДНК, раскрывают структуру носителя. Позже были открыты РНК, в своем составе имеют водород, азот, кислород и фосфор. Имеют универсальное распространение в живой природе.

ДНК – двойная спираль, состоящая из аминокислот, которые выполняют 3 функции:

1) Хранение информации.

2) Реализация информации в процессе роста новых клеток.

3) Самовоспроизведение.

Ген, геном – это совокупность генов, содержавшихся в одинарном наборе хромосом.

Генотип – это совокупность всех генов организма.

С точки зрения современной генетики существует несколько уровней организации. Несколько типов изменчивости на молекулярном уровне. Важнейшим механизмом являются мутации.

Мутации генов – это преобразование генов под действием внешних факторов среды.

Мутаген – это внешне факторы, вызывающие мутации. Являются, прежде всего, радиация, токсичные химические соединения, вирусы – это мутагены.

Еще один механизм изменчивости – это рекомбинация генов.

Неклассическая комбинация генов. В этом типе происходит общее увеличение генетической информации. Приносятся вирусами.

3) Изучение молекулярных основ воспроизводства жизни и процессов жизнедеятельности. 3 типа обмена веществ катаболизм (диссимиляция), анаболизм, метаболизм. Катаболизм – это процесс расщепления сложных органических соединений, которые сопровождаются выделением химической энергии, при наличии химической связи. Избыток энергии запасается в АТФ.

Амфоболизм – это процесс образования в ходе катаболизма мелких органических молекул. Они являются кирпичиками в построении более сложных. Анаболизм –это представляет собой разветвленную систему процессов синтеза сложных молекул с расходованием молекул АТФ.

Все 3 типа обмена полностью расшифрованы. Концепции биохимического единства возникла во второй половине 19 века. Суть: единство состава и механизма функционирования всех систем живой природы.

Клеточный уровень живого.

Клетка- это основной элементарный уровень жизни, способный к воспроизводству. В клетке протекают все обменные процессы. История открытия клетки посмотреть самостоятельно. Связана с развитием микроскопии. С именем Гука и Галилея. Разделили на прокариотную и эукариотные формы жизни. С точки зрения строения клеток.

Прокариот - безъядерный ствол жизни.

Эукариоты – имеют ядро.

Самые ранние формы жизни были прокариотные формы жизни. Живут в бескислородной среде. Для эукариот необходим кислород. В результате появления в атмосфере кислорода, форма обмена энергии с окружающей средой в рамках эукариотной формы жизни, становится более выгодной, чем в рамках прокариотной. Центральным элементом у прокариот – брожение. А у эукариот – дыхание.

В рамках дыхания передается в 18 раз больше энергии, чем в рамках брожении.

Крупнейшим шагом в развитии эволюции стало возникновение фотосинтеза. Суть фотосинтеза является то, что берутся не органические вещества, а углекислый газ и вода. В результате образуется Органическое вещество + кислород. Данная реакция идет в прямом и в обратном направлении. Процессы окисления. Сильнейший антиоксидант – этиловый спирт, оливковое масло. Процесс обратной реакции сопровождается энергией дыхания.

Организменный уровень живой системы.

Возникновение многоклеточных организмов. Промежуточная стадия – это возникновение…