Биология – наука о живой природе, изучающая жизнь, как особую форму материи, законы ее существования и развития. Биология, прежде всего, это комплекс знаний о жизни и совокупность научных дисциплин (более 300), которые изучают живое: химический состав, тонкую и грубую структуру, распространение, функционирование, его прошлое, настоящее и будущее, а также практическое значение и применение. Термин «биология» в современном понимании введен одновременно в 1802 г. Ж.-Б. Ламарком и немецким естествоиспытателем Г. Р. Тревиранусом.
Предмет исследования биологии – все проявления жизни:
Строение и функции, развитие и распространение живых организмов (прокариот, протист, растений, грибов, животных и человека);
Строение, функции и развитие природных сообществ, их связь друг с другом и окружающей средой;
Историческое развитие и эволюция живых организмов.
Задачи , которые решает биология:
Выявление и объяснение общих свойств и многообразия живых организмов;
Познание закономерностей в строении и функционировании живых систем разных рангов, их взаимосвязей, устойчивости и динамичности;
Изучение исторического развития органического мира;
Составление на основе полученных данных научной картины мира;
Обеспечение сохранности биосферы и способности природы к самовоспроизведению.
Методы , используемые для решения задач:
- наблюдение : дает возможность описать биологические явления;
- сравнение : позволяет найти закономерности, общие для различных явлений;
- экспериментальный (опыт) : исследователь искусственно создает ситуацию, которая помогает изучить свойства биологических объектов;
- моделирование : с помощью компьютерных технологий имитируются отдельные биологические процессы или явления (поведение биологической системы в заданных параметрах):
- исторический : позволяет на основе данных о современном органическом мире и его прошлом изучать процессы развития живой природы (впервые применил Ч. Дарвин).
Для описания и исследования биологических процессов биологи используют также методы: химические, физические, математические, технических наук, географии, геологии, геохимии и т. д. В результате возникают смежные (пограничные) дисциплины – биохимия, биофизика, почвоведение, радиобиология, радиоэкология и т. д.
Все науки можно классифицировать:
· по предмету изучения:
- зоология (изучает происхождение, строение и развитие животных, их образ жизни, распространение на земном шаре), включающая более узкие дисциплины – энтомологию (о насекомые), орнитологию (о птицах), ихтиологию (о рыбах), териологию (о млекопитающих);
- ботаника (изучает распространительные организмы, их происхождение, строение, развитие, жизнедеятельность, свойства, разнообразие, классификацию, а также структуру, развитие и расположение на земной поверхности растительных сообществ – фитоценозов ), в пределах которой выделяют бриологию (о мхах), дендрологию (о деревьях);
- микробиология (микроорганизмы);
- микология (грибы);
- лихенология (лишайники);
- альгология (водоросли);
- вирусология (вирусы);
- гидробиология (изучает организмы, обитающие в водной среде) и др.;
· по исследованию свойств организма:
- анатомия и морфология (предметом их изучения являются внешнее и внутреннее строение и форма организмов);
- физиология (изучает функции живых организмов, их взаимную связь, зависимость от внешних и внутренних условий); подразделяется на физиологию человека, физиологию животных, растений и т. д.;
- цитология (изучает клетку, как структурную и функциональную единицу организмов;
- гистология (изучает строение тканей организмов животных);
- эмбриология и биология индивидуального развития (изучает закономерности индивидуального развития);
- экологию (изучает образ жизни животных и растений в их взаимосвязи с условиями внешней среды) и т. д.
· по использованию определенных методов исследования:
- биохимия (изучает химический состав организмов, структуру и функции химических веществ химическими методами);
- биофизика (изучает физические и физико-химические явления в клетках и организмах с применением физических методов);
- биометрия (на основе обмера живых тел, их частей, процессов и реакций и последующего вычисления проводит математическую обработку данных с целью установления зависимостей, закономерностей, незаметных при описании отдельных явлений и процессов) и др.;
- генетика (изучает закономерности наследственности и изменчивости);
· по практическому применению биологических знаний:
- биотехнология (совокупность промышленных методов, позволяющих с высокой эффективностью использовать живые организмы для получения ценных продуктов – антибиотиков, аминокислот, белков, витаминов, гормонов и др., для защиты растений от вредителей и болезней, для юорьбы с загрязнением окружающей среды, в очистных сооружениях и т. д.);
- агробиология (комплекс знаний о возделывании сельскохозяйственных культур);
- селекция (наука о методах создания сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с нужными для человека свойствами);
- животноводство , ветеринария, медицинская биология, фитопатология и др.;
· по изучению уровня организации живого:
- молекулярная биология (исследует жизненные явления на молекулярно-генетическом уровне и учитывает значение трехмерной структуры молекул);
- цитология и гистология (изучают клетки и ткани живых организмов);
- популяционно-видовая биология (изучает популяции);
- биоценология (изучает биогеоценозы);
- общая биология (изучает общие закономерности, раскрывающие суть жизни);
- биогеография (изучает общие закономерности географического распространения живых организмов на Земле;
- систематика (изучает многообразие организмов и распределение их по группам);
- палеонтология (изучает историю органического мира по останкам животных и растений);
- эволюционное учение (изучает историческое развитие живой природы и многообразие органического мира).
Практическое значение и применение достижений современной биологии:
1. Биология – теоретическая база многих наук.
2. Знания биологии необходимы для осмысления места человека в системе природы, понимания взаимосвязей организмов и окружающей их неживой природы.
3. Биология оказывает определяющее влияние на прогресс сельскохозяйственного производства и медицины:
Охрана окружающей среды;
Распознавание, профилактика и лечение заболеваний растений, животных и человека;
Расширение масштабов рыбоводства и звероводства;
Вовлечение в хозяйственный оборот новых территорий;
Развитие селекции микроорганизмов, растений и животных;
Прогнозирование экологических ситуаций в различных регионах и состояния биосферы в целом.
4. Биологическая подготовка занимает особое место в системе медицинского образования.
5. Многие биологические принципы и положения
Используются в технике:
Являются основой ряда производств пищевой, легкой, микробиологической и др. отраслей промышленности.
6. Широко внедряются современные биотехнологии, созданные на базе клеточной и генной инженерии (получение штаммов микроорганизмов, способных синтезировать человеческий инсулин, соматотропный гормон, интерфероны, иммуногенные препараты, вакцины и др.).
8. Генетические исследования позволили разработать методы ранней (пренатальной) диагностики, лечения и профилактики многих наследственных болезней человека.
Самообновление – способность организмов постоянно обновлять структурные элементы – молекулы, ферменты, органоиды, клетки – путем замены «износившихся», выполнивших свои функции (форменные элементы крови, клетки эпидермиса кожи и т. д.). При этом организмы используют вещества и энергию, которые поступают в клетки (поток вещества и энергии ). Самообновление обеспечивают обмен веществ и преобразование энергии , реакции матричного синтеза , дискретность .
Самовоспроизведение – способность живых организмов производить себе подобных с сохранением у потомков строения и функций родительских форм . При размножении живых организмов потомство обычно похоже на родителей: кошки рожают котят, собаки - щенков. Из семян одуванчика опять вырастет одуванчик. Размножение и обеспечивает свойство самовоспроизведения. Процесс самовоспроизведения осуществляется практически на всех уровнях организации. Благодаря репродукции не только целые организмы, но и клетки, органоиды клеток (митохондрии, пластиды) после деления сходны со своими предшественниками. Из одной молекулы ДНК при ее удвоении образуются две дочерние молекулы, полностью повторяющие исходную. В основе самовоспроизведения лежат реакции матричного синтеза , т. е. образование новых молекул и структур на основе информации (поток информации ), заложенной в последовательности нуклеотидов ДНК. Следовательно, самовоспроизведение тесно связано с явлением наследственности .
Саморегуляция – способность организмов в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов (гомеостаз) на основе потока вещества, энергии и информации. При этом недостаток поступления питательных веществ мобилизует внутренние ресурсы организма, а избыток вызывает запасание этих веществ. Саморегуляция осуществляется разными путями благодаря деятельности регуляторных систем – нервной и эндокринной – и основана на принципе обратных связей : сигналом для включения той или иной системы может быть изменение концентрации какого-либо вещества или состояния какой-либо системы. Так, повышение концентрации глюкозы в крови приводит к усилению выработки гормона поджелудочной железы инсулина, уменьшающего содержание этого сахара в крови; снижение уровня глюкозы в крови замедляет выделение гормона в кровяное русло. Уменьшение числа клеток в ткани (при пилинге, дермабразии кожи, в результате травмы) вызывает усиленное размножение оставшихся клеток; восстановление нормального количества клеток дает сигнал о прекращении интенсивного клеточного деления).
Из других свойства, характерных для живого, некоторые в той или иной мере похожи на процессы, протекающие в неживой природе.
Единство химического состава . Живые организмы достаточно четко отграничены от неживого своим химическим составом (нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, жиры и т. д.). Живые существа состоят из тех же элементов, что и объекты неживой природы. Но они образуют в организме сложные молекулы, в неживой природе не встречающиеся. Кроме того, различны и соотношения этих элементов в живом и неживом. Если элементарный состав неживой природы наряду с кислородом представлен кремнием , железом , магнием , алюминием и т. д., то в живых организмах 98% химического состава приходится только на четыре элемента – углерод , азот, водород и кислород. Кроме того, все живые организмы построены в основном из четырех групп сложных органических молекул: белков, углеводов, липидов и нуклеиновых кислот. Следует отметить и тот факт, что состав химических элементов в разных средах неживой природы, в отличие от живых организмов, разный. В гидросфере преобладает водород и кислород , в атмосфере – азот и кислород, в литосфере – кремний и кислород .
Обмен веществ и преобразование энергии . Это общее свойство всего живого представляет собой совокупность всех химических превращений, происходящих в организме и обеспечивающих сохранение и воспроизведение жизни. Организм – открытая система, находящаяся в устойчивом стационарном состоянии: скорость непрерывного поступления веществ и энергии из среды уравновешивается скоростью непрерывного переноса веществ и энергии из системы.
Организм потребляет из окружающей среды вещества и энергию, использует их для обеспечения химических реакций, а затем возвращает в среду но уже в другой форме, эквивалентное количество энергии (в виде тепла) и вещества (в виде продуктов распада). Организмы потребляют вещества из окружающей среды в процессе питания . Автотрофы – растения, большинство протистов и некоторая часть прокариот, способные к фотосинтезу, сами создают органические вещества из неорганических с помощью энергии света. Гетеротрофы – животные, грибы, часть протистов и большинство прокариот используют органические вещества других организмов, расщепляют их ферментами и усваивают продукты расщепления.
Значительная часть органических веществ (углеводы, белки, липиды), поступающих в результате автотрофного или гетеротрофного питания, содержат в химических связях энергию. В процессе дыхания эта энергия высвобождается и аккумулируется в АТФ. Конечные продукты обмена, зачастую токсичные, в процессе выделения , или экскреции выводятся из организма.
Таким образом, для организмов характерны обмен веществ с окружающей средой и энергозависимость. Обмен веществ и преобразование энергии обеспечивают постоянство химического состава и строения всех частей организма и, как следствие, постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды. Другие признаки – рост, раздражимость, наследственность, изменчивость, размножение – все это результат обмена веществ и его проявление.
Размножение . При размножении организмы производят себе подобных и увеличивают тем самым количество особей. В процессе размножения из поколения в поколение передаются признаки, свойства и особенности развития организмов данного вида. Благодаря размножению численность вида поддерживается в течение длительного времени на определенном уровне. Смена поколений обеспечивается половым и бесполым размножением.
Наследственность. Заключается в способности организмов при воспроизведении передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение . В основе наследственности лежит стабильность носителей генетической информации, т. е. постоянство строения молекул ДНК. Генетическая информация, заключенная в ДНК, определяет возможные пределы развития организма, его структур, функций и реакций на окружающую среду. В то же время потомки обычно бывают похожи на своих родителей, но не идентичны им.
Изменчивость . Способность организмов приобретать в ходе онтогенеза новые свойства и признаки и утрачивать старые, называется изменчивостью. Это свойство как бы противоположно наследственности, но вместе с тем тесно связано с ней, так как при этом изменяются гены, определяющие развитие тех или иных признаков. Если бы репродукция матриц – молекул ДНК – всегда происходила с абсолютной точностью, то при размножении организмов осуществлялась бы преемственность только существовавших прежде признаков, и приспособление видов к меняющимся условиям среды оказалось бы невозможным. Следовательно, изменчивость – это способность организмов приобретать новые признаки и свойства, в основе которой лежат изменения молекул ДНК. Таким образом, самоудвоение молекул ДНК делает возможным не только сохранение у потомков наследственных особенностей родителей, но и отклонение от них, т. е. изменчивость, в результате которой организмы приобретают новые признаки и свойства. Изменчивость создает разнообразный материал для естественного отбора, т. е. отбора наиболее приспособленных особей к конкретным условиям существования в природных условиях, что, в свою очередь, приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.
Рост и развитие. Независимо от способа размножения (бесполое или половое) все дочерние особи образующиеся из одной зиготы, споры, почки или клетки, получают по наследству только генетическую информацию, т. е. возможность проявлять те или иные признаки и свойства. Новый организм реализует полученную наследственную информацию в ходе роста и развития. Развитие – изменение внешнего или внутреннего строения организма. Развитие живых организмов представлено онтогенезом (индивидуальным развитием) и филогенезом (историческим развитием) . На протяжении онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организма (проявление цвета глаз, способность держать голову, сидеть, ходить, появление зубов и т. д. у детей). Развитие сопровождается ростом – постепенным увеличением размеров развивающегося организма, за счет процесса увеличения количества клеток и накоплением массы внеклеточных образований в результате обмена веществ.В процессе развития возникает специфическая структурная организация индивида, а увеличение его массы обусловлено репродукцией макромолекул, элементарных структур клеток и самих клеток. При смене многочисленных поколений происходит изменение видов, или филогенез (эволюция) – это необратимое и направленное развитие живой природы, сопровождающееся образованием новых видов и прогрессивным усложнением жизни.
Раздражимость. В процессе эволюции у организмов выработалось свойство избирательно реагировать на воздействия внешней или внутренней среды – раздражимость. Например, у млекопитающих при повышении температуры тела кровеносные сосуды кожи расширяются, рассеивая избыточное тепло и тем самым восстанавливая оптимальная температура тела.
Любое изменение условий среды, окружающих организм, является раздражителем , а реакция организма на внешние раздражители служит показателем его чувствительности и проявлением раздражимости. Наиболее яркой формой проявления раздражимости является движение . У растений – это тропизмы и настии , у протист – таксисы ; реакции многоклеточных организмов - рефлексы , осуществляющиеся посредством нервной системы. Сочетание «раздражитель – реакция» могут накапливаться в виде опыта и использоваться организмом в дальнейшем.
Адаптация к окружающей среде. Живые организмы не только хорошо приспособлены к среде обитания, но и прекрасно соответствуют своему образу жизни. Особенности строения, жизнедеятельности и поведения, обеспечивающие выживание и размножение в их среде обитания, называются адаптациями (приспособлениями).
Дискретность и целостность . Дискретность – это всеобщее свойство материи: каждый атом состоит из элементарных частиц, атомы образуют молекулу. Простые молекулы входят в состав сложных соединений или кристаллов и т. д.. Живые системы резко отличаются от неживых объектов своей исключительной сложностью и высокой структурной и функциональной упорядоченностью. В то же время отдельный организм, или иная биологическая система (вид, биогеоценоз и др.), дискретен и целостен, т. е. состоит из отдельных изолированных (обособленных и отграниченных в пространстве), но в тем не менее тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих функциональное единство. Любой вид организмов включает отдельные особи. Тело высокоорганизованной особи образует пространственно отграниченные органы, которые, в свою очередь, состоят из отдельных клеток. Энергетический аппарат клетки представлен митохондриями, аппарат синтеза белка – рибосомами и т. д. вплоть до макромолекул (белки, нуклеиновые кислоты и т. д.), каждая из которых может выполнять свою функцию, лишь будучи пространственно изолированной от других. Дискретность строения организма – основа его структурной упорядоченности, она создает возможность постоянного самообновления его путем замены «износившихся» структурных элементов без прекращения выполняемой функции. Дискретность вида определяет возможность его эволюции путем гибели или устранения из размножения неприспособленных особей и сохранения индивидов с полезными для выживания признаками.
Урок №1.
Раздел.1 Предмет и задачи общей биологии. Уровни организации живой материи.
Тема 1.1. Общая биология как наука, методы исследования связи с другими науками, её достижения.
Цели:
показать актуальность биологических знаний, выявить значение общей биологии её место в системе биологических знаний;
познакомить учащихся с методами исследования в биологии;
рассмотреть последовательность проведения эксперимента;
выявить в чём заключается отличие гипотезы от закона или теории.
План урока.
Знакомство с учащимися - 10 мин.
Знакомство с учебным планом – 10 мин.
Объяснение нового материала – 50 мин.
Постановка д/з – 5 мин.
Ход урока (содержание).
Рассказ о себе. Знакомство с учащимися.
Знакомство с учебным планом.
Объяснение нового материала.
БИОЛОГИЯ - наука о жизни, её закономерностях и формах проявления, о существовании и распространение её во времени и пространстве. Она исследует происхождение жизни и её сущность, развитие, взаимосвязи и многообразие. Биология относится к естественным наукам.
Термин «биология» впервые был употреблён немецким учёным Т. Рузом, а общепринятым стал в 1802 году, когда употреблялся в работах французского натуралиста Ламарка.
Слово «биология» дословно переводится как «наука (логос) о жизни (био)». А что же такое жизнь? В разные времена учёные давали разные определения понятию жизнь. Познакомимся с некоторыми из них.
Жизнь – способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их природой, причём с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белков.
Волькенштейн:
Живые тела существуют на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот.
Однако ни одно из определений не отражает всей сущности жизни, поэтому дать определение, перечислив основные свойства живых организмов.
Свойства живых систем.
Метаболизм – обмен веществ
Репродукция – самовоспроизведение.
Размножение
половое бесполое
Наследственность – способность организмов передавать свои признаки и свойства из поколения в поколение. В основе носители генетической информации (ДНК, РНК)
Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства. В основе – изменение ДНК.
Рост и развитие. Рост всегда сопровождается развитием.
Развитие живой формы материи
онтогенез филогенез
индивидуальное развитие историческое развитие
Раздражимость – способность организмов избирательно реагировать на воздействия.
Дискретность – каждая биологическая система состоит из обособленных, но взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство.
Саморегуляция – способность организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов – гомеостаз.
Ритмичность – периодические изменения интенсивности физиологических функций с различными периодами колебаний (суточные и сезонные)
Энергозависимость – живые тела представляют собой открытые для поступления энергии системы.
Единство химического состава.
Общая биология – комплексная наука, исследует наиболее общие свойства и закономерности живой материи, проявляемые на разных уровня организации, и объединяет ряд частных биологических наук.
Биологические науки
Ботаника – исследует строение, способ существования, распространение растений и историю их происхождения.
Включает в себя:
Микологию - наука о грибах
Бриологию – наука о мхах
Геоботаника – изучает закономерности распространения растений по поверхности суши
Палеоботаника – изучает ископаемые останки древних растений
Зоология – изучает строение, распространение и историю развития животных.
Включает в себя:
Ихтиология – наука о рыбах
Орнитология – наука о птицах
Этология – наука о поведении животных
Морфология – изучает особенности внешнего строения живых организмов.
Физиология - изучает особенности жизнедеятельности живых организмов.
Анатомия – изучает внутреннее строение живых организмов.
Цитология – наука о клетке.
Гистология – наука о тканях.
Генетика – наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости живых организмов.
Микробиология – изучает строение, способ существования и распространение микроорганизмов (бактерий, одноклеточных) и вирусов.
Экология – наука о взаимоотношениях организмов между собой и с факторами окружающей среды.
Пограничные науки:
Биофизика – исследует биологические структуры и функции организмов физическими методами.
Биохимия – исследует основы жизненных процессов и явлений химическими методами на биологических объектах.
Биотехнология – изучает возможности использования имеющих хозяйственное значение микроорганизмов в качестве сырья, а так же использование их особых свойств в производстве.
Методы исследований.
Наблюдение (описание биологических явлений)
Сравнение (нахождение закономерностей)
Эксперимент или опыт (изучение свойств объекта в контролируемых условиях)
Моделирование (имитирование процессов, недоступных для непосредственного наблюдения)
Исторический метод
Инструментальный.
Научное исследование проходи в несколько этапов:
Наблюдение над объектом – на основе данных выдвигаетсягипотеза – проводится научныйэксперимент (с контрольным опытом) – проверенная гипотеза может быть названатеорией илизаконом.
Уровни организации живой материи.
Важными свойствами живых систем являются многоуровневость и иерархическая организация.
|
Уровни организации |
Биологическая система |
Элементы, образующие систему |
|
Молекулярный |
Органоиды |
Атомы и молекулы |
|
Клеточный |
Клетка |
Органоиды |
|
Тканевый |
Ткань |
Клетки |
|
Органный |
Орган |
Ткань |
|
Организменный |
Организм |
Системы органов |
|
Популяционно-видовой |
Популяция |
Особи |
|
Биогеоценотический |
Биогеоценоз (экосистема) |
Популяции |
|
Биосферный |
Биосфера |
Биогеоценозы (экосистемы) |
Основой всех органических соединений служит углерод.
Органические вещества – соединения, содержащие углерод (кроме карбонатов). Между атомами углерода возникают одинарные или двойные связи, на основе которых формируются углеродные цепочки. (нарисовать - линейную, разветвлённую, циклическую)
Большинство органических веществ – полимеры, состоящие из повторяющихся частиц – мономеров. Регулярными биополимерами называются вещества, состоящие из одинаковых мономеров, нерегулярными – состоящие из разных мономеров.
БИОПОЛИМЕРЫ – природные высокомолекулярные соединения (белки, нуклеиновые кислоты, жиры, сахариды их производные), служащие структурными частями живых организмов и играющие важную роль в процессах жизнедеятельности.
Запомните:
Биополимеры состоят из многочисленных звеньев – мономеров, которые имеют достаточно простое строение.
Для каждого вида биополимеров характерно определённое строение и функции.
Биополимеры могут состоять из одинаковых или из разных мономеров.
Свойства полимеров проявляются только в живой клетке.
Все биополимеры – это сочетание лишь нескольких типов мономеров, которые дают всё многообразие жизни на Земле.
Постановка д/з -§1-3, записи в тетради, подготовиться к проверочной работе.
Занятие 1.
Раздел I . Уровни организации живой материи
Тема: Основные признаки живой материи. Уровни организации жизни.
Форма занятия: лекция
Тип: вводный урок
Цели:
Дать понятие биологии как науки. Осветить круг проблем современной биологии. Раскрыть основные уровни организации живой материи. познакомить студентов с понятием «жизнь». Ознакомиться с основными свойствами живых организмов; на основании, которых дать определению понятию «жизнь». Ознакомиться с основными формами существования живого.
Формировать интерес к изучению биологии, расширить кругозор.
Формировать навыки поисковой работы.
Самостоятельная работа:
поисковая работа (по выбору)- составление конспекта « Связь биологии с другими дисциплинами», « Характеристика новых направлений в биологии », «Охрана природы».
охарактеризовать одно из свойств живого, доказать ее важность.
Оборудование :
Ход занятия
Оргмомент.
Представление. Ознакомление со спецификой курса и работы в рамках курса. Мотивация на работу. Знакомство с учебником.
Изучение нового.
ПЛАН
1.1. Предмет и задачи общей биологии.
1.2. Горизонты развития биологии.
1.3. Биология и спорт.
1.4. Уровни организации живой материи.
1.1. Предмет и задачи общей биологии
Вводная беседа. Словарная работа . Как называется наука, которую мы изучаем? От каких слов она произошла? Из чего она состоит?
Биология (био - жизнь, логос - изучаю) – наука о живых организмах. Как любая НАУКА О.Б. имеет: предмет, объект, методы и значение , отвечает на вопросы что? каким образом? как? зачем? Ответим на них.
Что же изучает О.Б.?
Объект изучения – ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ , все живое и то, что с ним происходит. Общая биология изучает наиболее общие свойства и закономерности, характерные для всего живого: клеточное строение организмов, их размножение, индивидуальное развитие организмов, наследственность и изменчивость, эволюционное развитие живых организмов, взаимодействие живых организмов друг с другом, и с окружающей средой, проблему возникновения жизни на Земле и т.д. Предмет процесс изучения ЖО. Вот в процессе изучения возникает вопрос: Как одна наука может изучать сразу столько объектов?
О.Б. имеет определенную структуру, какую?
Она включает множество разделов и частных дисциплин: зоологию, ботанику, анатомию и физиологию человека, ихтиологию (наука о рыбах), энтомологию (наука о насекомых), вирусологию, микробиологию, микологию (наука о грибах) и т.д.
Дома одним из вас предстоит поисковая работа - составление конспекта « Связь биологии с другими дисциплинами».
Методы О.Б.рассмотрим на последующих занятиях.
Таким образом (запись) , общая биология – это наука, которая суммирует, обобщает сведения об общих принципах строения, развития, размножения, происхождения и взаимодействия с окружающей средой всех живых организмов.
Поэтому курс О.Б. является заключительным в системе биологических наук.
Как закономерности О.Б. применимы к человеку?
Законы общей биологии применимы и к человеку, как биологическому существу. Общая биология изучает происхождение и эволюцию человека, его индивидуальное развитие, наследственность и изменчивость, взаимосвязь с окружающей средой. Однако нельзя забывать социальную сущность человека, его подчинение социальным (общественным) законам. Есть целая комплексная наука, всесторонне изучающая человека, его биологическую и социальную сущность, а название ей вы дадите сами, от слов наука и человек (обратная словарная работа). Эта дисциплина называется антропологией ( наукой о человеке ). Запись подчеркнутого.
1.2. Горизонты развития биологии
Лекция с частичной записью материала(подчеркнутое). Тест на внимательность – какой вопрос при рассмотрении О.Б. как науки нами не рассмотрен? Зачем ? Ответим на него. Вначале ХХ I в. наблюдается бурное развитие биологии. Именно О.Б., опираясь на другие науки (медицину, физику, химию и т.д.), призвана разрешить назревшие глобальные проблемы человечества.
Проблема обеспечения питанием населения Земли. Более 1/2 населения Земли не обеспечена достаточным количеством продуктов питания: 500 млн. людей голодают, около 2 млрд. питаются недостаточно и неправильно. К концу ХХ в. население нашей планеты составило около 6 млрд. человек. Чтобы обеспечить их достаточным количеством продуктов питания, необходимо мировое производство этих продуктов увеличить в 4-5 раз.
Борьба с заболеваниями разной этиологии – инфекционными, наследственными, онкологическими и др. Возникли новые заболевания, природа которых мало изучена, например, болезнь легионеров. До сих пор медицина не может окончательно победить раковые заболевания, СПИД; биология столкнулась с малоизученными возбудителями заболеваний пионерами. Ученыепредполагают, что современная экологическая обстановка грозит появлением новых непредсказуемых болезней человека .
Катастрофическое загрязнение окружающей среды , приводящее к деградации биосферы, угрожающее самой возможности существования жизни на планете .
Накопление сведений об аномальных явлениях, паранаучных феноменах: экстрасенсорика, вещие сны, возможность предсказания будущего, самовозгорание живых организмов, полтергейст, телекинез, телепортация и др.
Проблема здоровья и здорового образа жизни человека , изучение его биологических возможностей (физических и психических), определение границ этих возможностей; проблема долголетия человека.
Проблема повышения спортивных результатов . Может ли рост результатов в современном спорте осуществляться за счет резервов организма? Проблема антидопингового контроля.
На путях разрешения этих проблем возникли новые направления в биологии. Остановимся на некоторых из них.
Элемент новизны . Молодая наука валеология изучает проблемы здоровья. Медики совместно с биологами разрабатывают принципы здорового образа жизни, учитывая биологическую и социальную природу человека. Валеология призвана дать всестороннюю научно обоснованную характеристику состоянию здоровья.
Одно из направлений современной биологии – нанотехнология . Сущность нанотехнологии заключается в том, что из атомов и молекул, как из деталей конструктора, будут собирать все, что нужно человечеству: от булки до автомобиля. Любой материал, даже пыль, человек может превращать во что угодно: пищу, драгоценности. Умение манипулировать атомами и молекулами, т.е. иметь дело с частицами, измеряемыми нанометрами (одна миллиардная доля метра) стало возможным благодаря сканирующему туннельному микроскопу, Не видимые глазу механизмы нано-роботы позволят получать еду из земли, воды, воздуха. Растения и животные заменят молекулярные биороботы, воспроизводящие биохимические процессы, протекающие в живых организмах. Они будут получать молоко и мясо из почвы и углекислого газа. Молекулы – нанороботы подготовят для заселения человеком луну, астероиды, планеты. Станет возможным выращивать любой человеческий орган, бороться со всеми ныне неизлечимыми неполадками в клетках. К середине будущего века ученые обещают соединить человека с машиной, создать живой гибрид с железными бицепсами, который сможет сам себя восстанавливать. Самый фантастический проект ближайшего будущего - переселение человеческого организма в компьютер.
Предварительное объяснение д.з. Дома другим из вас предстоит поисковая работа - составление конспекта «Характеристика новых направлений в биологии ».
1.3. Биология и спорт
Один из разделов интегративной антропологии спортивная антропология, которая рассматривает биологию человека в специфических условиях занятий физической культурой и спортом. Она базируется на общебиологических законах , например, законах роста и развития, дающих научное обоснование детскому, юношескому спорту, занятиям физической культурой с лицами разных возрастных групп. Современный спорт требует от тренера глубоких знаний наук медико-биологического цикла - анатомии и физиологии человека, биохимии, спортивной медицины и др. Теоретической базой этих дисциплин является общая биология. Так, проблемы спортивной адаптации не могут быть поняты без усвоения учения о гомеостазе, о процессах регенерации. Проблемы женского спорта вытекают из общих закономерностей биологической неравноценности мужского и женского организмов. Например, двигательные качества силы и скорости ярче выражены у мужчин, а качества гибкости и общей выносливости – у женщин. Спортивная генетика опирается на общебиологические закономерности наследственности и изменчивости, например, для обоснования вопросов спортивного отбора и определения перспективности спортсменов. Не менее значима роль биологии при разработке мероприятий по повышению работоспособности спортсменов, рационализации их питания. На 4 курсе вам предстоит изучение такой спецдисциплины как Биохимия , которая наряду с физиологией, опираясь на глубокое понимание механизмов энергообеспечения мышечной деятельности, дает эффективные рекомендации тренерам, спортсменам в их практической деятельности с целью повышения спортивного мастерства, роста рекордов. Чтобы повысить современные спортивные рекорды на тысячные доли секунды или на миллиметры, необходимо максимально использовать биологические возможности организма человека, не навредив ему при этом.
В задачи спорта и особенно физической культуры входит не только раскрыть человеческие возможности (биологические, психические), но и улучшить здоровье людей, приобщить их к здоровому образу жизни, продлить жизнь человека.
Учителя физкультуры, тренеры, инструкторы по лечебной физкультуре призваны оказывать грамотное воздействие на организм человека с помощью физических нагрузок, укрепляя, развивая физически, закаливая его. В этом они сродни медикам. Поэтому общество вправе потребовать от них не только спортивной, но и медико-биологической грамотности.
1.4. Уровни организации живой материи
Беседа с составлением кластера.
Приведите примеры объектов изучаемых О.Б. Что в них общего и чем они отличаются? Как их можно систематизировать?
Живая природа – неоднородная, целостная, многоуровневая система. Жизнь представлена в виде дискретных единиц – клеток, органов, организмов и т.д., которые объединены в иерархическую организацию, характеризующуюся упорядоченным соподчинением отдельных единиц. Для того чтобы разобраться с этим заполним таблицу.(шапку и первую строку)
Названия остальных уровней запишите сами пользуясь учебником. С.______Для заполнения второй графы ответим на вопрос : что изучается на этом уровне? Ваши предложения. Какие закономерности можно заметить, анализируя таблицу? Дайте название таблице . «Иерархия уровней организации живой природы»Отмечается большое сходство дискретных единиц на низших уровнях и возрастающее различие на высших. Более подробно с организацие ЖО вы познакомитесь дома при работе с параграфом.
1. Молекулярный уровень обнаруживает удивительное однообразие дискретных единиц. Жизненную основу всего живого составляют около 20 -аминокислот и пять азотистых оснований – аденин, тимин, цитозин, гуанин, урацил. Близкий состав имеют липиды и углеводы. Например, крахмал – запасной полисахарид растений и гликоген – запасной полисахарид животных и грибов – имеют одинаковый молекулярный состав (С 6 Н 10 О 5 ) n . У всех живых организмов биоэнергия запасается в молекулах АТФ. Наследственная информация заложена в молекулах ДНК и РНК (у вирусов).
2. Клеточный уровень. Его элементарной единицей является клетка, в которой протекают элементарные явления - реакции клеточного метаболизма (обмена веществ). Клетка – это функционально-структурная единица, а также единица размножения живых организмов. Процессы, протекающие в клетке, создают энергетическую и вещественную основу жизни на других уровнях.
3. Тканевый уровень. Сходные по строению, функциям и происхождению клетки, выполняющие одинаковую функцию, образуют ткань. Например, животные ткани: эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная.
4. Системно-органный уровень. Несколько типов тканей, объединяясь, формируют органы. Каждый орган – это структурно-функциональное объединение тканей. Он выполняет ряд функций, среди которых выделяют главные и второстепенные. Например, главная функция кости – опорно-двигательная; второстепенные – защитная, участие в минеральном обмене веществ, в процессе кроветворения и др. Сходные по строению, функциям, происхождению и расположению органы объединяются в системы органов.
5. Организменный уровень объединяет все структуры организма – от систем органов до молекулярных структур в процессе их жизнедеятельности. На этом уровне обнаруживается огромное многообразие форм. Организм как единое целое или особь – элементарная единица жизни. На этом уровне происходит воспроизводство представителей данного вида. У одноклеточных организмов совпадают клеточный и организменный уровни.
6. Популяционно-видовой уровень. Это надорганизменный уровень. Вид – совокупность особей единых по происхождению, наследственным морфофункциональными признаками, воспроизводящих себя на протяжении многих поколений, длительно населяющих определенную территорию – ареал. Совокупность особей одного вида, длительно проживающих на относительно изолированной территории и дающих плодовитое потомство, называется популяцией. Популяция - элементарная единица эволюции. В ней начинаются элементарные процессы видообразования. Популяционно-видовой уровень рассматривает взаимоотношения особей в пределах указанных систематических подразделений.
7. Биосферно-биогеоценотический (экосистемный) уровень. Это планетарный уровень. Он охватывает все проявления жизни на Земле. Биосфера – активная оболочка Земли, где проявляется совокупная деятельность всех живых организмов. «Биогеоценоз» – термин, предложенный академиком В.Н. Сукачевым, означает взаимосвязь организмов друг с другом и с окружающей средой (био – жизнь, гео – земля, ценозис – общий). Этот уровень включает взаимоотношения организмов друг с другом и с окружающей средой, круговорот веществ и энергии в природе и т.д.
Таким образом, живая природа представляет собой сложно организованную иерархическую систему.
1.5. Основные закономерности и свойства живых организмов
Беседа . Хорошо, а говоря об объекте изучения О.Б. мы часто повторяем слова живой. Какие из организмов можно назвать живыми ? дискуссия
Эти свойства характерны для всего живого и в своей совокупности отличают живую природу от неживой.
Единство химического состава . Клетки всех живых организмов сходны по химическому составу, что свидетельствует о материальном единстве и общности их происхождения. В живых организмах нет химических элементов, которые бы не встречались в неживой природе – в этом проявляется единство химического состава живой и неживой природы. В клетках организмов обнаружено около 70 элементов периодической системы Д.И.Менделеева. 98% массы клетки приходится на 4 элемента: углерод, водород, кислород, азот.
Обмен веществ и энергии. Метаболизм – это особая форма взаимодействия организмов с окружающей средой. Обмен веществ и энергии представлен объединенными в метаболические циклы химическими реакциями, которые строго упорядочены во времени и в пространстве. Он направлен на самообновление структур организма, обеспечение его питательными веществами и энергией, служит для поддержания постоянства состава и свойств организма. Обмен веществ в неживой природе предполагает механический перенос веществ (смыв почв), смену агрегатного состояния (таяние льда), химические реакции, в результате которых система не самообновляется, а разрушается, переходит в иное качество. Так, горные хребты в процессе выветривания разрушаются.
Самовоспроизведение себе подобных – репродукция. Она осуществляется на всех уровнях живой материи. В основе репликации молекул ДНК, биосинтеза белка (транскрипция, трансляция). С репродукцией тесно связано следующее свойство. Наследственность – это свойство живых организмов передавать свои признаки от родителей потомству. Наследственность обеспечивает материальную преемственность между поколениями и связана с репродукцией на молекулярном и клеточном уровнях. Хранение и передача наследственной информации осуществляется нуклеиновыми кислотами: ДНК и РНК. Благодаря наследственности из поколения в поколение передаются признаки, обеспечивающие приспособленность организмов к среде обитания. Изменчивость – это свойство, противоположное наследственности. Изменчивость – это свойство особей одного вида отличаться друг от друга. В первую очередь она связана с изменением структуры молекул ДНК (наследственная изменчивость), а также с реакцией организма на внешнюю среду (ненаследственная). Наследственная изменчивость создает предпосылки для эволюции и селекционной работы человека.
Саморегуляция (авторегуляция) – способность организмов поддерживать постоянство своего состава и свойств, т.е. гомеостаз. Авторегуляция осуществляется на основе механизмов, действующих по принципу обратной связи, которые выработались в процессе эволюции. Например, продукты жизнедеятельности организма, образовавшиеся в избытке, могут блокировать ферменты, запускающие цепь реакции, которые приводят к синтезу этих веществ. И, наоборот, при недостатке этих продуктов происходит разблокировка соответствующих ферментов, начинается активный синтез веществ, пока не будет достигнута их нормальная концентрация в клетке. Таким образом, сами образующиеся в организме вещества либо тормозят, либо ускоряют свою выработку, за счет чего и поддерживается их относительно постоянная концентрация в организме.
Развитие и рост . Развитие – это необратимое, направленное, закономерное изменение объектов живой природы, что приводит к возникновению качественно нового состояния биосистемы. Рост предполагает количественные изменения признаков (размеров организма и его частей, изменение массы и т.д.). Наследственная информация о возможности развития тех или иных признаков реализуется во время индивидуального развития организма – онтогенеза. Оно выражается в количественном увеличении размеров, массы (рост) и качественных изменениях организма (развитие); в его основе лежит репродукция молекул, клеток и других структур, а также процесс дифференцировки, т.е. появление различий в структуре, усложнение функций и т.д. Историческое развитие видов называется филогенезом. Его основные закономерности установлены эволюционной теорией Ч.Дарвина.
Раздражимость – одно из всеобщих свойств материи. В живой природе она связана с передачей информации из внешней среды биосистеме (клетке, органу и т.д.) и ответной реакцией ее на внешнее воздействие. При этом происходит уравновешивание организмов с внешней средой. Биосистемы избирательно реагируют на условия окружающей среды, вступая в определенный с ней обмен веществами, энергией, информацией. У одноклеточных организмов ответная реакция осуществляется в форме таксистов, т.е. направленного движения в сторону раздражителя или от него; у растений – в форме тропизмов и настий. Тропизмы – ростовые движения органов растений, ориентированные в направлении воздействия раздражителей (+фототропизм – ростовые движения побегов в сторону света). Настии – ростовые движения растений, вызванные ненаправленным воздействием раздражителей (освещенность, температура). Например, раскрывание и закрывание цветков в определенное время суток. У многоклеточных животных ответная реакция организмов на воздействие внешней среды осуществляется в форме рефлексов при участии нервной системы.
Раздражимость лежит в основе свойства адаптации – приспособления живых организмов к непрерывно меняющимся условиям среды. Адаптация выработалась в процессе эволюции, как выживание наиболее приспособленных организмов. В основе тренировочного процесса, занятий физической культурой лежит адаптация организма к биохимическим, физиологическим изменениям, вызванным физической нагрузкой. Поэтому тренированность организма с биологической точки зрения определяется степенью его адаптированности к этим изменениям.
Дискретность – это всеобщее свойство материи. В живой природе дискретность проявляется в том, что биосистемы представляют собой совокупность взаимосвязанных, взаимодействующих, отграниченных в пространстве и обособленных друг от друга частей (клетки, ткани, органы, и т.д.). Дискретность лежит в основе структурной упорядоченности биологических систем. Жизнь одновременно целостна и дискретна – в этом проявляется диалектическое единство противоположностей.
Ритмичность , встречается в живой и неживой природе. Биологическими ритмами называются ритмические колебания физиологических функций организма, соответствующие ритмическим изменениям, происходящим в окружающей среде. В ходе эволюции выработалась способность организмов ориентироваться во времени. Это позволяет согласовывать скорость и направленность главных физиологических процессов с закономерными циклическими изменениями условий обитания. Например, сезонные и суточные ритмы биосистем есть приспособление их к геофизическим циклам среды – смене времен года, дня и ночи.
Энергозависимость. Живые объекты – это открытые системы, т.е. динамические системы, устойчивые при условии непрерывного доступа к ним энергии, материи, информации извне. Это свойство обусловлено приспособленностью организмов к условиям обитания и осуществляется за счет обмена веществ и энергии с окружающей средой.
Таким образом, живые организмы в отличие от неживой природы, характеризуются высокой структурно-функциональной сложностью и упорядоченностью, что ставит жизнь на высшую, качественно новую ступень развития.
Д.з.
Поисковая работа
С.____________________(ш.о.)
____________________(офк)
Вопросы для самоконтроля
некоторые растения перед дождем «плачут»;
побег тянется к свету;
эвглена зеленая движется к освещенной части водоема;
корень растения тянется к центру Земли.
Какие разделы включает биология?
Какие вопросы изучает общая биология?
Какие глобальные проблемы человечества призвана решать биология?
Какие возникли новые, современные направления в биологии? Кратко охарактеризуйте их.
Определите значение биологии для теории и практики физкультуры и спорта.
Охарактеризуйте уровни организации живой материи.
Существуют ли отличия в химической организации живых организмов и объектов неживой природы? Укажите какие?
Охарактеризуйте две стороны метаболизма.
В чем заключается сущность реакций матричного синтеза? Приведите примеры таких реакций.
Какой вид раздражимости проявляется в следующих биологических явлениях: