1. Биология -цель, предмет, задачи. История развития биологии, как учения. Вклад ученых в развитие науки.

Методы исследования в биологии.

а) Биология - совокупность наук о жизни, о живой природе. Современная биология - очень разнообразная и развитая область естествознания. Живой мир очень многообразен. Все организмы имеют отличие от неживой природы. Это - обмен веществ и энергии, способность к размножению и развитию, изменчивость и адаптивная эволюция.. По сути перед общей биологией стоит задача познать сущность жизни, ответить на вопрос - что есть жизнь. Теоретическое и гуманитарное значение общей биологии состоит прежде всего в формировании материалистического мировоззрения. Другая гуманитарная задача биологии состоит в формировании у современного человека экологического мышления, суть которого заключается в осознании себя частью природы и понимании необходимости охранять и рационально использовать природные ресурсы. Практическое значение биологии состоит в том, что она является научной основой всех технологий производства продовольствия.

б) Современная биология уходит корнями в древность и берет начало в странах Средиземноморья (Древний Египет, Древняя Греция). Крупнейшим биологом древности был Аристотель. В средние века накопление биологических знаний диктовалось в основном интересами медицины. В эпоху Возрождения (IV—III века до н. э.) врач Гиппократ описывает более 200 лекарственных растений, а философ Теофраст пишет десятитомный труд «Естественная история растений», в котором описывает 450 растений и предлагает свою классификацию их (начало развития науки о растениях — ботаники). В дальнейшем появляются оригинальные «травники» — краткие описания лекарств. В Древнем Риме ученым Плинием Старшим, жившим в 1 веке н. э., был написан большой труд (37 книг) «Естественная история», в которой было описано около 1000 видов растений и свыше 500 животных. С введением анатомирования человеческого тела блестящих успехов добивается анатомия человека, что отражено в классическом труде А. Везалия «О строении человеческого тела» (1543).

Далее следуют великие открытия, имевшие большое значение для дальнейшего изучения живой природы. Среди них: учение Г. Гарвея о кровообращении (1628), плеяда микроскопистов открывает тонкое строение растений (Р. Гук, М. Мальпиги), А. Левенгук изучает строение и развитие насекомых (1673).

В XVIII веке фундаментальную «Систему природы» дал К. Линней, применив бинарную номенклатуру. Уже со второй половины XVIII в, и в начале XIX в. появляются идеи отдельных ученых об историческом развитии живой природы: Ш. Бонне (1745) и Ж. Б. Ламарк (1809). В этот период (1802) был предложен термин «биология» Ж. Б. Ламарком и Р. Г. Гревиранусом независимо друг от друга.

В результате многочисленных исследований строения растительных и животных организмов под микроскопом в течение более 150 лет (со второй половины XVII в. и по первую треть XIX столетия) был накоплен обширный материал о строении организмов. Обнаружилось, что как растительные, так и животные организмы построены из клеток, что каждое растение и животное начинает свое развитие из одной клетки, что каждая клетка образуется вследствие деления предшествующей. Это основное биологическое обобщение принято называть клеточной теорией. В его утверждении сыграли определенную роль работы французского биолога Дютроше, русского ботаника П. Ф. Горянинова, немецких ученых Шлейдена и Шванна(1838). В середине JXIX в. установлены особенности питания растений и его отличие от питания животных, сформулирован принцип круговорота веществ в природе. В физиологии животных крупные успехи достигнуты работами Э. Дюбуа-Реймона, заложившего основы электрофизиологии, Г. Гельмгольца и К. Людвига о методах изучения нервно-мышечной системы и органов чувств, И. М. Сеченова, заложившего основы понимания высшей нервной деятельности, Л. Пасгера, опровергнувшего возможность самозарождения организмов. С, Н. Виноградский обнаружил бактерии (хемосинтез). Д. И. Ивановский открыл вирусы.

Крупнейшим открытием XIX в. было эволюционное учение Ч. Дарвина, изложенное им в труде «Происхождение видов» (1859), в котором он вскрыл механизм эволюционного процесса путем естественного отбора. Утверждение в биологии дарвинизма способствовало разработке ряда новых направлений в науке: сравнительной анатомии, эмбриологии, палеонтологии, в утверждении которых важную роль сыграли работы ученых: А. О. и В. О. Ковалевских, И. И. Мечникова, К. Гегенбаура.

Благоприятную почву для своего развития в России дарвинизм нашел благодаря выдающейся роли К. А. Тимирязева. Работая в области физиологии растений, К. А. Тимирязев открыл фотосинтез, имеющий огромное значение для всего органического мира на Земле.

В конце XIX в. начинает развиваться новая наука — генетика. В ее основу легли закономерности наследственности, обнаруженные Г. Менделем при скрещивании различных сортов гороха, а также мутационная теория X. Де Фриза (1865). Рождение генетики принято относить к 1900 г., когда Де Фриз и Э. Чермак вторично открыли законы Г. Менделя. Была сформулирована хромосомная теория наследственности, введены понятия ген, генотип, фенотип В. Иогансепом (1909). Химическая природа генов, установление структуры ДНК привели к раскрытию генетического кода и дали резкий толчок развитию молекулярной биологии (комплексу направлений, объединяемых понятием физико-химической биологии), а позднее — генетической инженерии и биотехнологии.

В области физиологии животных И. П. Павловым разработано учение об условных рефлексах и высшей нервной деятельности. Развивается новая наука нейрофизиология. Существенное развитие получила эволюционная теория. В 20-30-е гг. XX в. была вскрыта роль в эволюции мутационного процесса, колебаний численности и изоляции при направленном действии отбора. Теория эволюции дополнилась учениями о факторах эволюции (С. С. Четвериков, С. Райт, Дж. Хаксли, И. И. Шмальгаузеп), о микроэволюции и макроэволюции.

Крупнейшими достижениями биологии являются создание В. И. Вернадским биогеохимии и учения о биосфере (1926), В. Н. Сукачева — о биогеоценологии (1942), А. Тенсли — учения об экосистемах (1935), на основе которых научно разрабатывается стратегия взаимоотношений человека с природой.

Таким образом, исторический путь развития биологии привел к формированию системы биологических наук. Вследствие этого возникла биология — многогранная наука, включающая разнообразные направления и отрасли знаний. Биологическую науку по праву называют царицей наук, ибо она является фундаментом для развития других отраслей знаний, особенно медицины и сельского хозяйства.

в) Вклад российских учёных в развитии биологических наук

Первоначально это связаны с открытием в 1725 г. в Петербурге Академии наук. Развивалось флористическое направление. Появились важные научные труды, И.Г.Гмелина “Флора Сибири”, П.С.Палласа “Флора России”, К.Ф.Ледебура “Флора Алтая” и “Флора России”, он же сделал первую попытку деления карты России на флористические области.

Академика Степана Петровича Крашенинникова главный труд ученого "Описание Земли Камчатки" был позже переведен на многие европейские языки. Это первый в отечественной и мировой науке опыт комплексного географического описания определенной территории. Книга оказала большое влияние на дальнейшее развитие зоогеографических и фаунистических исследований в России.

М.А.Максимовичем в “Систематике растений” сделана первая попытка рассмотреть эволюцию как процесс видообразования. Г.В.Морозов изучал динамику лесных сообществ.

Работы русских ученых широко использовались учеными всего мира. Изучение флоры России способствовало углублению и уточнению классификаций растений,сделало возможным выделить центры происхождения культурных растений и установить географические закономерностей в распределении их наследственных признаков. Академик РАН К. Ф. Вольф известен в мировой науке как один из основателей эмбриологии. К началу 60-х годов XIX в. эмбриология позвоночных была разработана достаточно детально, а беспозвоночных - представлена в виде разрозненных фактов. Эволюционная эмбриология возникла в сер. 60-х годов - начало исследований основоположников эволюционной сравнительной эмбриологии А.О. Ковалевского и И.И. Мечникова. Карл Максимович Бэр. исследования связаны с эмбриологией. выдающийся ихтиолог, географ-путешественник, антрополог и этнограф, вдумчивый и энергичный исследователь природных богатств России. Дарвин высоко ценил Бэра как ученого и в труде "Происхождение видов". Этот выдающийся биолог получил известность как создатель современной сравнительной эмбриологии. Владимир Онуфриевич Ковалевский (1842-1883 гг.) - выдающийся ученый-палеонтолог, основоположник эволюционной палеонтологии. Большое влияние на развитие отечественной анатомии оказали труды П. А. Загорского, И. В. Буильского, Н. И. Пирогова. Гениальный русский ученый Н. И. Пирогов работал в области хирургии, анатомии и других разделов медицины. Большой вклад в развитие внесли П. Ф. Лесгафт, В. П. Воробьев, В. Н. Тонков и др, а в развитие физиологии - В. А. Басов, Н. А. Миславский, В. Ф. Овсянников, А. Я. Кулябко, С. П. Боткин и др.

Особую роль в развитии физиологии сыграли И.М. Сеченов и И. П. Павлов. Исключительное значение имела книга И. М. Сеченова «Рефлексы головного мозга».

И. П. Павлов разработал ряд различных проблем физиологии, оказавших большое влияние на развитие не только медицины, но и биологии в целом. Он сделал величайшие открытия в различных разделах физиологии - кровообращении, пищеварении и изучении работы больших полушарий головного мозга.

В трудах И. П. Павлова нашла блестящее подтверждение высказанная И. М. Сеченовым мысль о рефлекторном характере деятельности органов. Особое значение имеют исследования И. П. Павлова, посвященные изучению коры головного мозга. Он установил, что в основе деятельности коры головного мозга лежит процесс образования условных рефлексов.

Таким образом, выдающиеся российские учёные внесли большой вклад в становление и развитие системы биологических наук.

г)МЕТОДЫ БИОЛОГИИ

Процесс научного познания принято разделять на две стадии: эмпирическую и теоретическую. Это разделение не абсолютно, так как эмпирическая стадия всегда развивается на основе предсуществующих теорий или гипотез, а на теоретической стадии обычно возникает необходимость в эмпирической проверке выдвигаемых новых гипотез.

На эмпирической стадии используются следующие методы.

Наблюдение - изучение объектов живой природы в естественных условиях существования. Это - непосредственное наблюдение (в буквальном смысле) за поведением, расселением, размножением животных и растений в природе, визуальное или инструментальное определение характеристик организмов, их органов, клеток, химический анализ состава и обмена веществ.

Экспериментальный метод (опыт) предполагает исследования живых объектов в условиях экстремального действия факторов среды .Экспериментальный метод позволяет выявить скрытые свойства, потенции, пределы адаптивных (приспособительных) возможностей живых систем, степень их гибкости, надежности, изменчивости.

Сравнительный (исторический) метод выявляет эволюционные преобразования биологических видов и их сообществ.

Системный метод относится к категории новых междисциплинарных методов исследования. Живые объекты рассматриваются как системы, то есть совокупности элементов с определенными отношениями. С учетом иерархичности живых систем каждый объект может рассматриваться одновременно как система и как элемент системы более высокого порядка.

Анализ - это дискретный подход, углубление в структуру и функции отдельных элементов системы - внутри клетки, внутри организма, внутри экологического сообщества.

Синтез означает интегративный подход, изучение целостных характеристик системы - клетки, организма, биоценоза.

2 Жизнь. Признаки живого. Отличие живой материи от неживой.

Пища служит им источником энергии и веществ, необходимых для роста и других процессов жизнедеятельности. Жив. орг. используют только 2 вида энергии —солнечного света и химических связей. Организмы, специализированные для использования световой энергии, осуществляют фотосинтез и содержат пигменты, в том числе хлорофилл, способные поглощать свет. Организмы, не способные к фотосинтезу, должны получать химическую энергию от др организмов.

Дыхание

Раздражимость Все живые существа способны реагировать на изменения внешней и внутренней среды, что резко повышает их способность к выживанию.

Подвижность

Различия живой и неживой природы

Принципу наименьшего действия подчиняются все системы неорганического мира. В биологическом и растительном мире это принцип не имеет такого широкого распространения. Любое животное или растение стремятся создать такую морфологическую оболочку, которая бы была благоприятна для размножения и годна для сопротивления условиям среды.

В этом случае вступает в действие принцип экономии материи, который не действует в неорганическом мире. Ярким примером этому служит стремление живых организмов к экономии костной субстанции при распределении материи, дающее максимум прочности во всех нужных направлениях.

Кроме этого, живые организмы проявляют лишь одним им свойственный феномен - феномен роста. Неорганические кристаллы увеличиваются путем присоединения идентичных элементов; живой организм растет путем "всасывания", идущего изнутри и направляющегося наружу.

Мы имеем также еще одно коренное различие: молекулярные элементы неорганической материи, не меняются во все время существования данной совокупности, тогда как элементы, образующие живую ткань, в процессе роста сгорают, удаляются и возобновляются, сохраняя общее начертание формы организма..

3 Уровни организации живых систем.

Уровни организации живых систем

Уровни организации живых систем представляют собой некую упорядоченность, иерархическую систему, которая является одним из основных свойств живого. Каждая живая система состоит из единиц подчиненных ей уровней организации и является единицей, входящей в состав живой системы, которой она подчинена. Характеристика структурных уровней живого

Молекулярный уровень несет отдельные, хотя и существенные признаки жизни. На этом уровне обнаруживается удивительное однообразие дискретных единиц.

Клеточный уровень. Клетка является основной самостоятельно функционирующей элементарной биологической единицей, характерной для всех живых организмов. У всех организмов только на клеточном уровне возможны биосинтез и реализация наследственной информации.

Тканевый уровень. Совокупность клеток с одинаковым типом организации составляет ткань. Тканевый уровень возник вместе с появлением многоклеточных животных и растений, имеющих различающиеся между собой ткани.

Органный уровень. Совместно функционирующие клетки, относящиеся к разным тканям, составляют органы. Всего лишь шесть основных тканей.

Организменный уровень. На организменном уровне обнаруживается чрезвычайно большое многообразие форм. Разнообразие организмов, относящихся к разным видам, а также в пределах одного вида, объясняется не разнообразием дискретных единиц низшего порядка - клеток, тканей, органов, а усложнением их комбинаций, обеспечивающих качественные особенности организмов.

Популяционно-видовой уровень. Совокупность организмов одного вида, населяющих определенную территорию, составляет популяцию. Популяция – это надорганизменная живая система, которая является элементарной единицей эволюционного процесса; в ней начинаются процессы видообразования. Популяция входит в состав биоценозов

Биоценотический уровень. Биогеоценозы – исторически сложившиеся устойчивые сообщества популяций различных видов, связанных между собой и окружающей средой обменом веществ, энергии и информации. Они являются элементарными системами, в которых осуществляется вещественно-энергетический круговорот, обусловленный жизнедеятельностью организмов.

Биосферный уровень. Биогеоценозы в совокупности составляют биосферу и обусловливают все процессы, протекающие в ней.

4 Биоценатические взаимоотношения организмов. Среда обитания животных.

1.биотические отношения, связи, возникающие в процессе пищевых и пространственных взаимоотношений организмов друг с другом и со средой. Разделяются на биотичекие и трансабиотические взаимоотношения, приводящие, в частности, к разным типам ассоциированности видов: конкуренции, хищничеству, паразитизму, комменсализму (нахлебничество), симбиозу, квартирантству, зоохории, аллелопатии, коадаптации, зоофагии, дистропии, мирмекофилии, термофилии. Являются каналами передачи сигналов при авторегуляции биоценозов как ценоэкосистем.

Конкуренция(-,-)Борьба за одни и те же условия окружающей среды между разными видами или внутри одного вида.

Хищничество(+.-)Один организм (хищник) добывает и поедает другого (жертву). Если организмы одного вида - каннибализм. (волки и лисы поедают зайцев и мышевидных грызунов.)

Паразитизм(+.-)Один организм (паразит) использует другого (хозяина) в качестве источника питания и среды обитаниягриб-трутовик паразитирует на деревьях

Мутуализм (симбиоз) или кооперация(+.+)Взаимовыгодная форма сожительства, построенная на пищевых, пространственных и др. типах взаимоотношений(актиния и рак-отшельник)

Комменсализм или нахлебничество(+.0)Один из организмов извлекает из взаимоотношения пользу, для другого взаимоотношения нейтральны.Рыбы-прилипалы и акулы, дающие рыбам-прилипалам защиту и пищу;

Аменсализм(0.-)Деятельность одного вида приводит к угнетению других.Ели, растущие в смешанном лесу, затеняют березы и другие лиственные породы, причем жизнь елей от лиственных деревьев практически не зависит;

Нейтрализм(0.0)Разные виды организмов имеют различающиеся экологические ниши и не вступают во взаимоотношения друг с другом.Разные виды антилоп в саваннах Африки поедают растения разных ярусов.

2.Водных животных (как морских, так и пресноводных) можно разделить на три биологические группы: бентос, планктон и нектон. К бентосу относятся животные, обитающие на дне водоемов. Бентические животные разнообразны: одни ведут прикрепленный образ жизни, другие зарываются в ил или песок, вбуравливаются в камни, третьи ползают или бегают по дну, четвертые плавают в придонных слоях и т. д. У этих животных часто хорошо развиты раковины, панцири и другие защитные приспособления, внутренний скелет (если он имеется) может быть массивным. Многие из бентических животных достигают большой величины. Тела их разнообразно окрашены, часто под цвет дна и непрозрачны. К бентосу принадлежат и разнообразные растения, живущие на дне водоемов. В состав планктона входят животные, обитающие в толще воды. Они парят или самостоятельно передвигаются различными способами, но преодолеть силу течения не могут. Планктонные животные большей частью малы. У таких организмов отношение поверхности тела к массе велико и им легче, чем крупным организмам, держаться в толще воды. Поверхность тела часто увеличивается и благодаря наличию разнообразных выростов. Масса тела планктонных животных сильно облегчена вследствие содержания в нем большого количества воды, капелек жира, пузырьков воздуха и т. д. В состав планктона входят и растительные организмы (преимущественно водоросли). К нектону относятся хорошо плавающие животные, которые могут преодолеть силу течений: многие рыбы, китообразные и др. Форма и строение тела нектонных животных хорошо приспособлены к быстрому передвижению в воде. Нектонных растений по понятным причинам нет. Между бентическими, планктонными и нектонными животными существуют разнообразные переходы. Многие животные (черви, мягкотелые и др.) во взрослом состоянии живут на дне (т. е. входят в состав бентоса), а их личинки обитают в толще воды (т. е. входят в состав планктона). Упомянутые выше среды обитания неоднородны, каждая из них разделяется на разные места обитания, называемые биотопами. Они характеризуются на всем своем протяжении приблизительно сходными условиями.