Шпаргалка по "Биологии"

В XX в. появилось направление прикладных исследований — биотехнология. Это направление, несомненно, будет стремительно развиваться и в XXI в. Более подробно об этом направлении развития биологии вы узнаете при изучении главы «Основы селекции и биотехнологии».

В настоящее время биологические  знания используются во всех сферах человеческой деятельности: в промышленности и  сельском хозяйстве, медицине и энергетике. 
Чрезвычайно важное значение имеют экологические исследования. Мы, наконец, стали осознавать, что хрупкое равновесие, существующее на нашей маленькой планете, легко разрушить. Перед человечеством встала грандиозная задача — сохранение биосферы с целью поддержания условий существования и развития цивилизации. Без биологических знаний и специальных исследований решить ее невозможно. Таким образом, в настоящее время биология стала реальной производительной силой и рациональной научной основой отношений между человеком и природой.

Биохимия - наука о химическом составе  живых органимов и происходящих в них химических процессах. 
 
Цитология - наука о клетках. То есть, об их строении и жизнедеятельности. 
 
Молекулярная биология - наука изучающая процессы, которые происходят в живых системах на молекулярном уровне. 
 
Генетика - наука о закономерностях наследственности и изменчивости, механизмах передачи наследственной информации от родителей потомству. 
 
Селекция - прикладная наука о создании новых штаммов микроорганизмов, сортов растений и пород животных. 
 
Биотехнология - прикладная наука, которая разрабатывает и внедряет в производство промышленные методы по использованию живых организмов и биологических процессов. 
 
Бионика - исследует особенности строения и жизнедеятельности организмов с целью создания разных технических систем и приборов. 
 
Биология индивидуального развития - наука о закономерностях индивидуального развития организмов от зарождения до смерти. 
 
Экология - наука о взаимосвязях организмов между собой и условиями среды обитания, структуре и функционировании многовидовых систем (экосистем, биосферы). Экологические принципы служат теоретической основой охраны природы. 
 
Ботаника - наука изучающая растения. 
 
Микология - наука изучающая грибы. 
 
Зоология - наука изучающая животных. 
 
Систематика - наука о видовом разнообразии современных и вымерших организмов. 
 
Физиология - наука о процессах жизнедеятельности организмов. 
 
Анатомия - наука изучающая форму, строение отдельных органов, систем органов и целого организма. 
 
Гистология - наука о строении и функциях тканей животных. 
 
Эмбриология - наука о зародышевом этапе развития организмов. 
 
Вирусология - наука о неклеточной форме жизни - вирусах. 
 
Бактериология - наука о прокариотических организмах: архебактериях и эубактериях. 
 
Палеонтология - наука изучающая вымершие организмы. 
 
Филогения - наука о конкретных путях и этапах исторического развития живой материи на нашей планете. 
 
Эволюционное учение - наука, которая устанавливает закономерности исторического развития живой материи на нашей планете. 
 
Гидробиология - наука о населении водной среды, о взаимоотношении его с условиями обитания, значении для процессов трансформации энергии и вещества и о биологической продуктивности океана, морей и других вод.  
 
Криобиология -наука о влиянии на живую материю низких температур. 
 
Космическая биология - изучает особенности функционирования живых систем в условиях космических аппаратов и Вселенной. 
 
Радиобиология - наука о влиянии разных видов ионизирующего излучения на живые системы.

 

Вопрос 4

Методы биологических  исследований это:

• Эмпирические/экспериментальные методы
• Описательные методы
• Сравнительные методы
• Статистические методы
• Моделирование
• Исторические  методы

Эмпирические  методы заключаются в том, что объект опыта подвергается изменению условий его существования, а потом, учитываются полученные результаты. Эксперименты бывают двух видов в зависимости от их места проведения: лабораторные эксперименты и полевые эксперименты. Для проведения полевых экспериментов используются естественные условия, а для проведения лабораторных экспериментов, используется специальное лабораторное оборудование.

Описательные  методы основываются на наблюдение, с последующим анализом и описанием феномена. Этот метод позволяет выделить особенности биологических явлений и систем. Это один из самых древних методов.

Сравнительные методы подразумевают сравнение полученных фактов и явлений с другими фактами и явлениями. Сведения получаются путем наблюдения. В последнее время стало популярно применять мониторинг. Мониторинг это постоянное наблюдение, которое позволяет собрать данные, на основе которых будет проводиться анализ, а потом прогнозирование.

Статистические  методы также известны под названием математические методы, и используются для того, чтобы обработать данные числового характера, которые были получены в ходе эксперимента. Кроме этого, данный метод применяется для того, чтобы убедиться в достоверности определенных данных.

Моделирование это метод, который в последнее время принимает большие обороты и подразумевает работать с объектами путем представления их в моделях. То, что нельзя анализировать и изучать впоследствии эксперимента, то можно узнать путем моделирования. Частично используется не только обычное моделирование, а также математическое моделирование.

Исторические  методы основываются на изучение предыдущих фактов, и позволяют определить существующие закономерности. Но так как не всегда один метод оказывается достаточно эффективным, принято эти методы совмещать для получения лучших результатов.

 

Вопрос 5

1. Обмен веществ и энергии с окружающей средой (главный признак живого).

2. Раздражимость (способность реагировать на воздействия).

3. Размножение (воспроизведение себе подобных).

Биосферный уровень 

На биосферном уровне современная биология решает глобальные проблемы, например, определение интенсивности образования свободного кислорода растительным покровом Земли или изменения концентрации углекислого газа в атмосфере, связанного с деятельностью человека.

Биогеоценотический  и биоценотический уровни

На биогеоценотическом и  биоценотическом уровнях ведущими являются проблемы взаимоотношений  организмов в биоценозах, условия, определяющие их численность и продуктивность биоценозов, устойчивость последних  и роль влияний человека на сохранение биоценозов и их комплексов.

Популяционно-видовой  уровень 

На популяционно-видовом  уровне изучают факторы, влияющие на численность популяций, проблемы сохранения исчезающих видов, динамики генетического  состава популяций, действие факторов микроэволюции и т. д.

Для хозяйственной деятельности человека важны такие проблемы популяционной биологии, как контроль численности видов, наносящих ущерб хозяйству, поддержание оптимальной численности эксплуатируемых и охраняемых популяций.

Организменный уровень 

На организменном уровне изучают особь и свойственные ей как целому черты строения, физиологические  процессы, в том числе дифференцировку, механизмы адаптации (акклимации) и поведения, в частности — нейрогуморальные механизмы регуляции, функции центральной нервной системы.

Органо-тканевой уровень

На органо-тканевом уровне основные проблемы заключаются в  изучении особенностей строения и функций  отдельных органов и составляющих их тканей.

Клеточный уровень 

Биология клетки (цитология) — один из основных разделов современной биологии, включает проблемы морфологической организации клетки, специализации клеток в ходе развития, функций клеточной мембраны, механизмов и регуляции деления клетки. Эти проблемы имеют особенно важное значение для медицины, в частности, составляя основу проблемы рака.

Субклеточный  уровень

На уровне субклеточных (надмолекулярных) структур изучают строение и функции  органоидов (хромосом, митохондрий, рнбосом и др.), а также других включений клетки. Молекулярный уровень составляет предмет молекулярной биологии, изучающей строение белков, их функций как ферментов или элементов цитоскелета, роль нуклеиновых кислотт в хранении, репликации и реализации генетической информации, т. е. процессы синтеза ДНК, РНК и белков.

На этом уровне достигнуты большие практические успехи в области  биотехнологии и генной инженерии.

 

Вопрос 6

Абиогенез — возникновение  живого из неживого в процессе эволюции; в настоящее время тагого рода абиогенез невозможен из-за отсутствия физико-химических его предпосылок и неминуемого уничтожения возникающих форм преджизни современными живыми организмами.  
 
Биогенез — возникновение живого из живого в процессе эволюции (образование органических веществ живыми организмами). 
 
Коацерватная гипотеза Александра Ивановича Опарина (1924 г.)  
 
Первичные органические вещества (белки) могли создаваться из неорганических в условиях восстановительного характера атмосферы за счет энергии мощных электрических разрядов. Белковые структуры (протобионты, по терминологии Опарина) благодаря амфотерности образовывали коллоидные гидрофильные комплексы (притягивали к себе молекулы воды) с общей водной оболочкой. Эти комплексы могли обособляться от всей массы воды и сливались друг с другом, образовывая коацерватные капли (коацервация — самопроизвольное разделение водного раствора полимеров на фазы с различной их концентрацией). В коацерватах вещества вступали в дальнейшие химические реакции (происходило избирательное поглощение ионов металлов и образование ферментов).  
 
Усложнение протобионтов достигалось отбором таких коацерватных капель, которые обладали преимуществом в лучшем использовании веществ и энергии среды. На границе между коацерватами и внешней средой из липидов сформировалась примитивная мембрана, что привело к возникновению первой клетки. 
 
Гипотеза «первичного бульона» Джона Холдейна (1929г.) 
 
Первичные органические вещества (аминокислоты, сахара и др.) синтезировались из неорганических за счет энергии солнечной радиации (главным образом УФ-излучение), падавшей на Земле до того, как образовался слой озона, который стал задерживать большую ее часть. Первичные органические вещества накапливались в первичных океанах до тех пор, пока не приобретали консистенцию «теплого разжиженного бульона». Именно в таком первичном бульоне в дальнейшем и возникли первые клетки. 
 
Генетическая гипотеза Германа Меллера (1929 г.) 
 
Первыми, созданными абиогенным путем, органическими веществами были нуклеиновые кислоты — матричная основа синтеза белков. Экспериментально (Томас Чек, 1982 г.) было доказано, что некоторые молекулы РНК обладают ферментативной активностью и самопроизвольно соединяются в полинуклеотиды в среде с высокой концентрацией минеральных солей.

 

Вопрос 7

Мир полиароматических углеводородов — гипотетический этап химической эволюции, когда полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), которые, возможно, были в изобилии в первичном бульоне ранней Земли, привели к синтезу молекул РНК, что создало предпосылки для мира РНК и возникновению жизни.

Мир РНК — гипотетический этап возникновения жизни на Земле, когда как функцию хранения генетической информации, так и катализ химических реакций выполняли ансамбли молекул рибонуклеиновых кислот. Впоследствии из их ассоциаций возникла современная ДНК-РНК-белковая жизнь, обособленная мембраной от внешней среды. Идея мира РНК была впервые высказана Карлом Вёзе в 1968 году, позже развита Лесли Орджелом^[en] и окончательно сформулирована Уолтером Гильбертом в 1986 году.

Краткое изложение

В живых организмах практически  все процессы происходят в основном благодаря ферментам белковой природы. Белки, однако, не могут самореплицироваться и синтезируются в клетке de novo на основании информации, заложенной в ДНК. Но и удвоение ДНК происходит только благодаря участию белков и РНК. Образуется замкнутый круг, из-за которого, в рамках теории самозарождения жизни приходилось признать необходимость не только абиогенного синтеза обоих классов молекул, но и спонтанного возникновения сложной системы их взаимосвязи.

В начале 1980-х годов в лаборатории Т. Чека и С. Олтмана в США была открыта каталитическая способность РНК. По аналогии с ферментами (англ. enzyme) РНК-катализаторы были названы рибозимами, за их открытие Томасу Чеку в 1989 году была присуждена Нобелевская премия по химии. Более того, оказалось, что активный центр рибосом содержит большое количество рРНК. Также РНК способны создавать двойную цепочку и самореплицироваться^[1].

Таким образом, РНК могли существовать полностью автономно, катализируя  «метаболические» реакции, например, синтеза  новых рибонуклеотидов и самовоспроизводясь, сохраняя из «поколения» в «поколение» каталитические свойства. Накопление случайных мутаций привело к появлению РНК, катализирующих синтез определённых белков, являющихся более эффективным катализатором, в связи с чем эти мутации закреплялись в ходе естественного отбора. С другой стороны возникли специализированные хранилища генетической информации — ДНК. РНК сохранилась между ними как посредник.

 

Вопрос 8

Для абиогенного образования  органических соединений необходимы следующие условия:

— равномерное излучение  звезды;

— ультрафиолетовое излучение с длиной волны короче 150 нм;

— удары метеоритов;

— приливы и отливы;

— оптимальное расстояние до звезды;

— размеры планеты;

— круговая орбита;

— высокая скорость вращения планеты вокруг своей оси;

— первичная восстановительная атмосфера;

наличие первичного океана (водная среда);

— вулканизм (высокие температуры);

— пористые глины приливно-отливной зоны, на которых происходила адсорбция и перемешивание веществ первичного океана (повышение концентрации веществ в зоне адсорбции);

— молнии (энергия грозовых разрядов).

В водах первичного океана были растворены компоненты атмосферы, различные соли, вымываемые водой из горных пород. Кроме этого, туда постоянно попадали и непрерывно образующиеся в атмосфере органические соединения, из которых возникали более сложные молекулы — сформировался «первичный бульон». В водной среде они конденсировались, в результате чего появились первичные органические полимеры — полипептиды и полинуклеотиды.

Коацервация процесс выделения из однородного раствора многомолекулярных фазово-обособленных образований, отделенных от внешней среды водной оболочкой.

Коацерват многомолекулярньтй

комплекс, отграниченный  от внешней среды водной оболочкой, способный к примитивному метаболизму — поглощению из среды и выделению в нее определенных молерсул.

Химическая эволюция на Земле  шла в сторону прогрессивного усложнения простейших органических молекул, образования из них биополимеров, которые, в свою очередь, послужили строительным материалом для возникновения коацерватов и биологических мембран. Дальнейшая эволюция шла по пути развития все более совершенных саморегулирующихся систем, вплоть до первых примитивно устроенных клеток.

Появление первых клеточных  структур положило начало биологической эволюции.

Предположительное время  возникновения первых клеточных организмов — около 3 млрд лет назад.

Доклеточный предок - пробионт.

Пробионты не являются законченной формой жизни. У них постепенно появляются ферментные системы, выполняющие функции катализаторов. Синтетические реакции поддерживаются образованием соединений, подобных АТФ. Полагают, что АТФ первоначально образовалась абиогенным путем.

Образование комплексов из металлов и органических веществ привело к усилению каталитических функций коацерватов. В результате образовались коферменты и специфические ферменты. В трансформации пробионтов в клетки большое значение имели координации и взаимное дополнение функций белков как катализаторов химических реакций, и нуклеиновых кислот, несущих и передающих из поколения в поколение информацию.