Юрченко в.А. Основы общей биологии
(учебно-методическое пособие)
Часть I
|
|
|
|
|
|
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ
Гл – глицерин
ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота
ЖК – жирная кислота
ОВП – окислительно-восстановительный потенциал
ПРЦ – пигмент реакционного центра
РНК – рибонуклеиновая кислота
РНП – рибонуклеопротеиды
УФ – ультрафиолетовое излучение
ФС I и ФС II – I и II фотосистемы
ЦНС – центральная нервная система
ЦПЭ – цепь переноса электронов
ЦТК – цикл трикарбоновых кислот (цикл лимонной кислоты)
ЭР – эндоплазматический ретикулум
А (Ade) – аденин
ADP – аденозиндифосфорная кислота (аденозиндифосфат)
AMP – аденозинмонофосфорная кислота (аденозинмонофосфат)
АТР – аденозинтрифосфорная кислота (аденозинтрифосфат
C (Cyt) – цитозин
СоА (КоА) – кофермент А
СТР – цитозинтрифосфат
dRib – дезоксирибоза
FAD (ФАД)– флавинадениндинуклеотид
G (Gua) – гуанин
GTР – гуанидинтрифосфат
mРНК – информационная (матричная) РНК
NAD+ (НАД+) – никотинамидадениндинуклеотид
NADP – никотинамидадениндинуклеотидфосфат
P – неорганический фосфат
Rib – рибоза
rNTP – рибонуклеозидтрифосфат
rРНК – рибосомальная РНК
T (Thy) – тимин
tPHK – транспортная РНК
U (Ura) – урацил
UMP – уридинмонофосфат
ВВЕДЕНИЕ
Биология (от греч. биос – жизнь и логос – слово) – это наука о живых системах. Живое отличается необычайным разнообразием, оно представлено неисчислимым множеством видов живых существ. На Земле известно более 3000 видов прокариот (бактерий и синезеленых водорослей), более 450000 видов растений и более 1,2 млн. видов животных. Выявление и объяснение общего, одинаково справедливого для всего многообразия организмов – задача общей биологии.
Известно несколько подразделений биологии на отдельные науки. По предмету науки выделяют, ботанику, зоологию и микробиологию.
Частная микробиология, ботаника или зоология занимается множеством отдельных видов и естественной системой их родства (систематика, или таксономия). Общая микробиология, ботаника или зоология по возможности абстрагируется от видовых особенностей организмов. Главные ветви этих наук: морфология, изучающая внешние формы и структуру; анатомия, изучающая внутреннее строение; физиология, занимающаяся функциями организмов (физиология обмена веществ, роста, развития, движения, органов чувств); генетика – учение об изменчивости и наследственности.
В самых разных областях биологии (в таксономии, морфологии, физиологии, генетике и др.) возрастает значение пограничных дисциплин, связывающих биологию с соседними науками, – биохимии и биофизики.
По изучаемому структурному уровню живого различают науки о биологических молекулах (млекулярную биологию, биохимию), затем учение о клетке (цитологию, которая включает цитоморфологию, цитофизиологию, цитогенетику и цитохимию), учение о тканях (гистологию), учение об органах, или органологию (органографию и физиологию органов), организменную биологию (к ней относится, например, учение о поведении – этология, учение о растительном организме, изучаемом ботаникой, животном организме, изучаемом зоологией и т.д.) и надорганизменную биологию. Ветви надорганизменной биологии изучают распространение организмов (биогеография) и их взаимоотношения с внешней средой (экология). На самом низшем (молекулярная биология) и самом высшем (экология) уровнях этой системы наук границы между структурой и функцией, морфологией и физиологией стираются.
По преобладающим методам можно различать описательную (например, морфологию), экспериментальную (например, физиологию) и теоретическую биологию.
ИСТОРИЯ БИОЛОГИИ
|
Палеолит (800-13 тыс. лет до н.э.) |
Знания о растениях и животных, собирательство и охота |
|
6-4 тыс. лет до н.э. |
В древнем Египте накоплена целая система знаний по анатомии – бальзамирование умерших, медицина поля боя (колотые и резаные раны), лечение заболеваний; по ботанике – растениеводство, получение лекарственных и косметических средств; по зоологии – животноводство. |
|
XIV в. до н.э. |
Древние цивилизации Китая, Месопотамии накопили множество сведений о растениях и животных. |
|
IV – I в. до н.э. |
В Индии в медицинских сочинениях (аюрведы) содержатся представления о наследственности как причине сходства родителей и детей. В «Махабхарата» и «Рамаяна» описываются многие животные и растения. |
|
VI – IV в. до н.э. |
Классическая наука в древней Греции. Ионийская естественнонаучная школа отрицает сверхъестественное происхождение жизни. Гиппократ (460-370 до н.э.) – великий врач, описал внешнее и внутреннее строение человека и животных, указал на роль среды и наследственности в возникновении болезней |
|
480-330 до н.э. |
А |
|
300 - 100 до н.э. |
Александрийская естественнонаучная школа. Теофраст (372-287 до н.э.) описал около 5000 видов растений. Ввел в употребление термины – плод, околоплодник. Он основоположник («отец») ботаники. Анатом Герофил описал внутренние органы, головной мозг, мозжечок и извилины, сравнил анатомию человека и животного. |
финская
естественнонаучная школа. Аристотель
(384-322 до
н.э.) - «отец» зоологии, написал 4
биологических трактата и в “Historia
animalium”
привел первые сведения о животных
Греции и близких к ней областей Малой
Азии. Он выделил 4 царства на Земле:
неодушевленный мир земли, воды и
воздуха; мир растений; мир животных и
мир человека. Аристотель автор
гениальной догадки об эволюционном
развитии- «лестнице» живых существ.
Он разработал первую классификацию
животных, разделив их на четвероногих,
летающих, пернатых и рыб; описал
наружные и внутренние органы человека,
способы размножения, половые различий,
наследуемость уродств, умственную
деятельность человека.
|
II до н.э. - I в. н.э. |
Р |
|
XI |
Средневековье (Наука в эпоху Веры) Владимир Мономах в книге «Поучения» описал растения. Абу ибн Сина (Авиценна) арабский врач, автор многочисленных трудов о врачевании, целебных и ядовитых растениях. |
|
XIII |
Фридрих I Барбаросса – автор книги-описания охотничьих птиц. Альберт Великий (1206-1280) – архиепископ Доминиканского ордена – занимался естественной историей, отрицал знания Аристотеля, Плиния, Галена. Фома Аквинский - монах этого ордена – автор “Summa Theologia”, в которой описывает и объясняет мир природы и мир человека. |
|
XI - XIV |
В Европе открываются университеты: Болонский (1167 г.), Сорбонна, Оксфордский, Кембриджский (1203 г.), Падуанский, Неаполитанский (XIII), Пражский, Краковский, Венский (XIV). |
|
XV - XVII |
Эпоха Возрождения – разделение естественных наук (рождение современных наук) и выделение биологии. |
имская
школа только коллекционировала
сведения, добытые древними греками.
Гай Плиний Старший (23-79 до
н.э.) автор «Естественной истории» из
37 томов. Диоскорид (I
до
н.э.) описал 600 видов растений, пользуясь
системой древних греков. Гален
(130-ок.200) вскрывал млекопитающих, описал
центральную и периферическую нервную
системы, сделал сравнительно-анатомическое
описание человека и обезьяны. Он автор
анатомии человека, в которой утверждал,
что в сосудах находится не кровь, а
воздух. Гален – один из основателей
фармакологии.
|
Конец XV – начало XVII |
Описательный этап в развитии биологии: переводы трудов древних авторов и комментарии к ним, разработка описаний новых видов растений и животных (великие географические открытия), рассмотрение организма как единого целого. | |||
|
1440-1540 |
Везалий |
Первая фаза эпохи Возрождения Леонардо да Винчи (1452-1519) установил гомологию органов (сходство костей человека и животных); реалистически изображал множество растений, птиц в полете, лошадей; описал щитовидную железу, деятельность сердца и зрительные функции глаза. Везалий (1514-1564) – опроверг анатомию Галена, заложил основы современной анатомии, автор «Семи книг о строении человеческого тела». | ||
|
1540-1650 |
В У. Гарвей открыл большой и малый круги кровообращения и сделал первые количественные определения в физиологии. | |||
|
1650-1690 |
Р А.
Ван Левенгук |
Третья фаза эпохи Возрождения Создан микроскоп и использован в биологических исследованиях Р. Гука (1635-1703), который впервые ввел термин «клетка» (1665) и описал клетки растений, М. Мальпиги (1628-1694), который описал сосуды растений, и «отца» микробиологии А. Ван Левенгука (1632-1723), который впервые описал микроорганизмы (1676). | ||
|
XVIII |
Этап классификаций в биологии Составление ключей, классификационная деятельность. Рассмотрение организма как совокупности систематических признаков | |||
|
|
К.
Линней |
Дж. Рэй (1627-1705) – автор первой классификации животных и растений. К. Линней (1707-1778) автор наиболее совершенной систематизации, ввел бинарную номенклатуру и четыре главных таксона: класс – отряд – род – вид. Разделил животных на 6 классов (млекопитающие, птицы, рыбы, амфибии, насекомые, черви). Отнес человека к приматам, объединив в один отряд с обезьянами. | ||
|
XIX |
Создание эволюционных теорий: описание и классификация растений и животных по внешним и анатомическим признакам, развитие систематики и филогенетики на основе теории Ч.Дарвина-Дж.Уоллеса, построение филогенетических деревьев, рассмотрение организма как совокупности примитивных и продвинутых признаков. | |||
|
1809 |
Ж | |||
|
1858 |
Ч | |||
|
1828 |
К | |||
|
1838, 1868 |
Р.Вирхов |
Создание клеточной теории М.Шлейденом, Т.Шванном и Р.Вирховым. | ||
|
1857 - 1895 |
Работы Л.Пастера (1822-1895) в области практической иммунологии и микробиологии. | |||
|
1865 |
Р | |||
|
1866 |
Р | |||
|
1886 |
Открытие хемосинтеза С.Н.Виноградским. | |||
|
1892 |
Открытие вирусов Д.И.Ивановским. | |||
|
В XIX веке возник ряд биологических наук: эмбриология, палеонтология, биохимия, генетика, экология, цитология, иммунология, вирусология. | ||||
|
XX |
Л |
Развитие системных представлений об эволюции. Разработка проблем целостности организма в онтогенезе и филогенезе. Рассмотрение организма как развивающейся системы в процессе онтогенеза и филогенеза. Основные особенности биологических наук в XX веке: экологизация, широкое внедрение физических и математических методов исследования, связь биологии с экономическим развитием. В ХХ веке возникли науки молекулярная биология и генная инженерия. Основные направления биологических исследований: медицина (борьба с инфекционными болезням, антибиотики); питание (пищевая промышленность); земледелие, животноводство; биотехнология; экология. Основные достижения: – в биохимии: развитие энзимологии; установление химического состава и структуры белков (Л.Полинг), витаминов, гормонов; – в микробиологии: открытие плазмид, вироидов и прионов, открытие антибиотиков (А.Флеминг, Е.Ермольева), молекулярных основ наследственности и изменчивости, создание теорий иммунитета (И.Мечников, П.Эрлих);– в эмбриологии, цитологии: открытие ультрамикроскопического строения клеток, функций клеточных органелл; – в генетике: открытие молекулярных основ наследственности и изменчивости, открытие строения нуклеиновых кислот (Дж.Уотсон, Ф.Крик); – в физиологии: открытие физиологических основ высшей нервной деятельности (И.Павлов), фотосинтеза (К.Тимирязев), молекулярных основ мышечного сокращения; – в экологии: создание учения о биосфере (В.И.Вернадский), создание прикладных экологий и технологий защиты природной среды. | ||
|
И | ||||
|
И.Павлов | ||||
|
К.Тимирязев | ||||
|
Дж.Уотсон | ||||
торая
фаза эпохи Возрождения
.
Гук
.-Б.Ламарк
(1744-1829) автор первой эволюционной
гипотезы («Философия зоологии»),
впервые ввел термин«биология».
.Дарвин
(1809-1822), автор «Происхождения видов
путем естественного отбора» и А.Уоллес
выдвинули теорию эволюции путем
естественного отбора.
.Бэр
(1792-1876) опубликовал «Исследования о
развитии животных», в которых
сформулировал биогенетический закон
о повторении онтогенезам филогенеза
при эмбриональном развитии.
аботы
Г.Менделя (1822-1884) по изучению наследственной
изменчивости, формулирование законов
генетики («Опыты над растительными
гибридами»).
азработка
Э.Геккелем (1834-1919) основ экологии.
.
Полинг
.Мечников
МЕТОДЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Соответственно изучаемому предмету биология, так же как физика и химия, является естественной наукой. Современную биологию можно отнести к точным, или объясняющим естественнонаучным дисциплинам, в которых доминируют вопросы, касающиеся причинно-следственных связей, и соответствующие методы. Биология изучает как общее, непреходящее («законы природы»), так и единичное, уникальное, т. е. стремится к познанию как закономерностей, так и частных случаев.
Исходным пунктом во всяком познании природы служит чувственное восприятие, за которым должен следовать анализ на уровне абстрактного мышления. Естественные науки начинаются с наблюдения, описания и сравнения непосредственно данного.
В результате привлечения методов абстрактного мышления – анализа, синтеза, дедукции, индукции и т.д., выдвигается научное предположение - гипотеза. На следующей ступени развития науки гипотеза проверяется: проводится эксперимент – вопрос, задаваемый природе, ответом на который служит полученный результат. Экспериментирование отличает естественные науки от гуманитарных. Вершиной проведенных исследований является разработка теоретического знания (теории). В ХХ веке биологические методы исследований пополнились биомониторингом и математическим моделированием биологических процессов.
НАУЧНЫЕ КОНЦЕПЦИИ БИОЛОГИИ
В истории биологии сложились три, сменяющие друг друга научных подхода к объекту исследований (живой природе): натурфилософский, классически-научный, неоклассический, научный. Характеризуя каждую из концепций, мы основываемся на следующих положениях:
1. Характеристики и взаимоотношения объекта (живой природы) и субъекта (человека) исследований;
2. Методология естествознания и методы исследований;
3. Центры науки и научения;
4. Взаимоотношение биологии с практикой.
Натурфилософский подход (образ мира) характерен для ранней исторической эпохи и связан с мифологическими взглядами на мир. Для него свойственно:
Слитное, недифференцированное рассмотрение природы, Социума, Человека и Сакрального. Отсутствие четкой границы между объектом (природой) и субъектом (человеком) познания, присутствие божественного начала;
Умозрительный подход (логическое и образное мышление), отсутствие эксперимента;
Центры науки и научения: небольшие группы (10-15 учеников), общение и дискуссии с учителем;
Наука и практика – презрительное отношение друг к другу.
Классически-научный подход сформировался в XVII веке, как чисто логический, подкрепленный практикой (эмпирикой). На место расплывчатого языка натурфилософии встает логически отточенный язык, черпающий терминологию из математики, механики, физики. Для этой концепции характерно:
Полное противопоставление субъекта объекту;
Доминирует эмпирика, теории презираются;
В странах Европы созданы университеты, сформированы научные общества и академии наук. Научные открытия принадлежат ученым одиночкам, бедным энтузиастам;
Наука лишь объясняет явления, наблюдаемые в практике.
В конце XIX века формируется неоклассическая концепция в естествознании (в том числе и в биологии). Происходит сближение субъекта и объекта исследований, но не на основе общемировой одухотворенной субстанции, а на уподоблении объекта исследования (природы) социуму. Для этой концепции характерно:
Сближение субъекта и объекта на новом уровне;
Эмпирическое и теоретическое знание. Внедрение физических и математических методов. Биология становится точной наукой;
Институтское знание. Создание научных центров. Связь науки с политикой;
Создание новых технологий на основе научных разработок (биотехнологии), наука опережает практику.