Биология (от греч. биос - жизнь и логос - учение) - это наука о жизни. Термин был предложен в 1802 году французским ученым Ж.Б. Ламарком.
Предметом биологии является жизнь во всех ее проявлениях: физиология, строение, индивидуальное развитие (онтогенез), поведение, историческое развитие (филогенез, эволюция), взаимоотношения организмов между собой и окружающей средой.
Современная биология является комплексом, системой наук. В зависимости от объекта исследования различают такие биологические науки, как: наука о вирусах - вирусология, наука о бактериях - бактериология, наука о грибах - микология, наука о растениях - ботаника, наука о животных - зоология и т. п. Почти каждая из этих наук делится на более мелкие: наука о водорослях - альгология, наука о мхах - бриология, о насекомых - энтомология, о млекопитающих - маммалиология и т. п. Теоретическим фундаментом медицины являются анатомия и физиология человека. Наиболее универсальные свойства и закономерности развития и существования организмов и их групп изучает общая биология.
Возникли науки, изучающие общие закономерности жизни: генетика - наука об изменчивости и наследственности, экология - наука о взаимоотношениях организмов между собой и средой обитания, эволюционное учение - наука о закономерностях исторического развития живой материи, палеонтология исследует вымершие организмы.
В разных областях биологии все большее значение имеют дисциплины, связывающие биологию с другими науками: физикой, химией и т. п. Возникают такие науки, как биофизика, биохимия, бионика, биокибернетика. Биокибернетика (от греч. биос - жизнь, кибернетике - искусство управления) - это наука об общих закономерностях управления и передачи информации в живых системах.
Биологические науки - это база для развития растениеводства, животноводства, биотехнологий, медицины и т. п. С их помощью можно решить такие важные задачи, как обеспечение человечества продуктами питания, преодоление болезней, стимуляция процессов обновления организма, генетическая коррекция дефектов у людей с наследственными болезнями, для интродукции и акклиматизации организмов, для получения биологически активных и лекарственных веществ, для разработки средств биологической защиты растений и т. п.
Этапы развития биологии
Выдающиеся биологи: Аристотель, Теофраст, Теодор Шванн, Маттиас Шлейден, Карл М. Бэр, Клод Бернар, Луи Пастер, Д. И. Ивановский
Биология как наука возникла с потребностью систематизировать знания о природе, объяснить накопленные знания, опыт о жизни растений и животных. Основателем биологии считают известного древнегреческого ученого Аристотеля (384-322 гг. до н. э.), положившего начало систематике, описавшего многих животных, решавшего некоторые вопросы биологии. Его ученик Теофраст (372-287 гг. до и. э.) основал ботанику.
Систематическое научное исследование природы началось с эпохи Возрождения. С накоплением конкретных знаний о природе, с представлением о многообразии организмов возникла идея единства всего живого. Этапы развития биологии - это цепь великих открытий и обобщений, подтверждающих эту идею и раскрывающих ее содержание.
Развитие микроскопической техники с конца XVI ст. обусловило открытие клеток и тканей живых организмов. Важным научным свидетельством единства живого стала клеточная теория Т. Шванна и М. Шлейдена (1839 г.). Все организмы состоят из клеток, которые хотя и имеют определенные отличия, но в целом построены и функционируют одинаково. К. М. Бэр (1792-1876 гг.) разработал теорию зародышевого сходства, заложившую основу для научного объяснения закономерностей эмбрионального развития. К. Бернар (1813-1878 гг.) изучал механизмы, обеспечивающие постоянство внутренней среды организма животных. Невозможность самозарождения микроорганизмов доказал французский ученый Л. Пастер (1822-1895 гг.). В 1892 году русским ученым Д. И. Ивановским (1864-1920 гг.) были открыты вирусы.
Выдающиеся биологи: Грегор Мендель, Гуго Де Фриз, Карл Корренс, Эрих Чермак, Томас Морган, Джеймс Уотсон, Фрэнсис Крик, Ж. Б. Ламарк
Открытие законов наследственности принадлежит Г. Менделю (1865 г.), Г. Де Фризу , К. Корренсу , Э. Чермаку (1900 г.), Т. Моргану (1910-1916 гг.). Открытие структуры ДНК - Дж. Уотсону и Ф. Крику (1953 г.).
Выдающиеся биологи: Чарльз Дарвин, А. Н. Северцов, Н. И. Вавилов, Рональд Фишер, С. С. Четвериков, Н. В. Тимофеев-Ресовский, И. И. Шмальгаузен
Творцом первого эволюционного учения был французский ученый Ж.Б. Ламарк (1744-1829 гг.). Основы современной теории эволюции разработал английский ученый Ч. Дарвин (1858 г.). Дальнейшее развитие она получила благодаря достижениям генетики и популяционной биологии в научных работах А. Н. Северцова, Н. И. Вавилова, Р. Фишера, С. С. Четверикова, Н. В. Тимофеева-Ресовского, И. И. Шмальгаузена . Появление и развитие математической биологии и биологической статистики обусловили работы английского биолога Р. Фишера (1890-1962 гг.).
В конце XX века значительных успехов достигла биотехнология, то есть использование живых организмов и биологических процессов в промышленности.
Выдающиеся биологи
Выдающиеся биологи: М. А. Максимович, И. М. Сеченов, К. А. Тимирязев, И. И. Мечников, И. П. Павлов, С. Г. Навашин, В. И. Вернадский, Д. К. Заболотный
Развитию биологии посвятили свою жизнь замечательные ученые.
М. А. Максимович (1804-1873) - основоположник ботаники.
И. М. Сеченов (1829-1905) - основатель физиологической школы, обосновавший рефлекторную природу сознательной и бессознательной деятельности, создатель объективной психологии поведения, сравнительной и эволюционной физиологии.
К. А. Тимирязев (1843-1920) - выдающийся естествоиспытатель, раскрывший закономерности фотосинтеза как процесса использования света для образования органических веществ в растении.
И. И. Мечников (1845-1916) - один из основоположников сравнительной патологии, эволюционной эмбриологии, создатель научной школы, разработавший фагоцитарную теорию иммунитета.
И. П. Павлов (1849-1936) - выдающийся физиолог, создатель учения о высшей нервной деятельности, автор классических трудов по теории пищеварения и кровообращения.
В. И. Вернадский (1863-1945) - основоположник биогеохимии, учения о живом веществе, биосфере, ноосфере.
Д. К. Заболотный (1866-1929) - выдающийся микробиолог, исследователь особо опасных инфекций и другие.
Введение
1. Введение в науку биологию
2. Определение и свойства жизни
Введение в науку биологию
Термин биология (от греч. биос - жизнь, логос - наука) введен в начале XIX в. независимо друг от друга Ж.-Б. Ламарком и Г. Тревиранусом для обозначения науки о жизни как особом явлении природы. В настоящее время его используют и в ином смысле, относя к группам организмов, вплоть до вида (биология микроорганизмов, биология северного оленя, биология человека), биоценозам (биология арктического бассейна), отдельным структурам (биология клетки). Жизнь – это специфическое свойство определенных систем, называемых «живыми». Биология – наука о живых системах.
Предметом биологии как учебной дисциплины служит жизнь во всех ее проявлениях: строение, физиология, поведение, индивидуальное (онтогенез) и историческое (эволюция, филогенез) развитие организмов, их взаимоотношение друг с другом и с окружающей средой.
Современная биология представляет комплекс, систему наук. Отдельные биологические науки или дисциплины возникли вследствие процесса дифференциации, постепенного обособления относительно узких областей изучения и познания живой природы.
В биологии выделяют науки по объектам исследования : о животных - зоологию; о растениях - ботанику; анатомию и физиологию человека как основу медицинской науки. В пределах каждой из этих наук имеются более узкие дисциплины. Например, в зоологии выделяют протозоологию, энтомологию, гельминтологию и другие.
Биологию классифицируют по дисциплинам, изучающим морфологию (строение) и физиологию (функции) организмов. К морфологическим наукам относят, например, цитологию , гистологию , анатомию . Физиологические науки - это физиология растений, животных и человека.
Для уяснения биологических основ развития, жизнедеятельности и экологии конкретных представителей животного и растительного мира неизбежно обращение к общим вопросам сущности жизни, уровням ее организации, механизмам существования жизни во времени и пространстве. Наиболее универсальные свойства и закономерности развития и существования организмов и их сообществ изучает общая биология.
Сведения, получаемые каждой из наук, объединяются, взаимодополняя и обогащая друг друга, и проявляются в обобщенном виде, в познанных человеком закономерностях, которые либо прямо, либо с некоторым своеобразием (в связи с социальным характером людей) распространяют свое действие на человека.
Для современной биологии характерно комплексное взаимодействие с другими науками (химией, физикой, математикой) и появление новых сложных дисциплин.
Вторую половину XX столетия называют веком биологии. Такая оценка роли биологии в жизни человечества представляется еще более оправданной в наступившем XXI в. К настоящему времени наукой о жизни получены важные результаты в области изучения наследственности, фотосинтеза, фиксации растениями атмосферного азота, синтеза гормонов и других регуляторов жизненных процессов. Уже в реально обозримом будущем путем использования генетически модифицированных растительных и животных организмов, бактерий могут быть решены задачи обеспечения людей продуктами питания, необходимыми медицине и сельскому хозяйству лекарствами, биологически активными веществами и энергией в достаточном количестве, несмотря на рост населения и сокращение природных запасов топлива. Исследования в области геномики и генной инженерии , биологии клетки и клеточной инженерии, синтеза ростовых веществ открывают перспективы замещения дефектных генов у лиц с наследственными болезнями, стимуляции восстановительных процессов, контроля за размножением и физиологической гибелью клеток и, следовательно, воздействия на злокачественный рост.
Биология относится к ведущим отраслям естествознания. Высокий уровень ее развития служит необходимым условием прогресса медицинской науки и здравоохранения.
Значение биологии для медицины велико. Биология - теоретическая основа медицины. Врач древней Греции Гиппократ (460-374 г. до н.э.) считал, что «необходимо, чтобы каждый врач понимал природу». Во всех теоретических и практических медицинских науках используются общебиологические обобщения.
Теоретические исследования, проводимые в различных областях биологии, позволяют использовать полученные данные в практической деятельности медицинских работников. Например, открытие структуры вирусов, возбудителей инфекционных заболеваний (оспы, кори, гриппа и других), и способов их передачи, позволило ученым создать вакцину, предотвращающую распространение этих заболеваний или снижающую риск гибели людей от этих тяжелых инфекций.
Биологическая подготовка играет принципиальную и все более возрастающую роль в структуре медицинского образования. Будучи фундаментальной естественнонаучной дисциплиной, биология раскрывает закономерности возникновения и развития, а также необходимые условия сохранения жизни как особого явления природы нашей планеты . Человек, отличаясь несомненным своеобразием в сравнении с другими живыми формами, тем не менее, представляет собой закономерный результат и этап развития жизни на Земле, поэтому само его существование прямо зависит от общебиологических (молекулярных, клеточных, системных) механизмов жизнедеятельности.
Связь людей с живой природой не ограничивается рамками исторического родства. Человек был и остается неотъемлемой частью этой природы, влияет на нее и в то же время испытывает на себе влияние окружающей среды. Характер таких двусторонних отношений сказывается на состоянии здоровья человека.
Развитие промышленности, сельского хозяйства, транспорта, рост народонаселения, интенсификация производства, информационные перегрузки, усложнение отношений в семьях и на работе порождают серьезные социальные и экологические проблемы: хроническое психоэмоциональное напряжение, опасное для здоровья загрязнение среды жизни, уничтожение лесов, разрушение природных сообществ растительных и животных организмов, снижение качества рекреационных зон. Поиск эффективных путей преодоления указанных проблем невозможен без понимания биологических закономерностей внутривидовых и межвидовых отношений организмов, характера взаимодействия живых существ, включая человека, и среды их обитания. Уже отмеченного достаточно, чтобы уяснить, что многие разделы науки о жизни, даже в ее классическом формате, имеют очевидное прикладное медицинское значение.
На самом деле в наше время в решении проблем охраны здоровья и борьбы с болезнями биологические знания и «высокие биотехнологии» (генетическая, клеточная инженерия) начинают занимать не просто важное, но по-настоящему определяющее место. Действительно, минувшееXX столетие, наряду с тем, что оно, в соответствие с главными направлениями научно-технического прогресса, характеризовалось химизацией, технизацией, компьютеризацией медицины, стало также веком превращения последней в биомедицину.
Представление об этапах названного превращения, стартовавшего в конце XIX - начале XX веков дает метафора смены «поколений охотников», принадлежащая лауреату нобелевской премии 1959 г. за открытие механизма биологического синтеза нуклеиновых кислот Артуру Корнбергу. На каждом из следующих друг за другом этапов биология обогащала мир выдающимися фундаментальными открытиями или технологиями, дальнейшая разработка и использование которых в интересах медицины позволяли здравоохранению достичь решающих успехов в той или иной области борьбы с недугами людей.
В первые десятилетия минувшего столетия, по мнению А. Корнберга, лидирующая роль принадлежала «охотникам» за микробами, с результатами исследований которых связаны поразительные достижения мирового и отечественного здравоохранения в решении проблемы контроля над инфекциями, прежде всего особо опасными.
Во второй четверти XX века лидирующее положение перешло к «охотникам» за витаминами, в 50-60-е годы - за ферментами, на рубеже XX-XXI столетий - к «охотникам» за генами. Приведенный перечень можно дополнить также поколениями «охотников» за гормонами, факторами тканевого роста, рецепторами к биологически активным молекулам, за клетками - участницами иммунологического надзора за белковым и клеточным составом организма и другими. Сколь длинным, однако, не был бы этот перечень, очевидно, что в нем «охоте» за генами принадлежит качественно особое место.
В наши дни главная задача такой «охоты», уже оформившейся в самостоятельную научно-практическую дисциплину - геномику, состоит в выяснении порядка расположения нуклеотидных пар в молекулах ДНК или, другими словами, прочтении ДНК-текстов геномов людей (проект «геном человека») и других организмов. Не трудно видеть, что исследования в названном направлении открывают врачам доступ к содержанию первичной генетической информации, заключенной в геноме каждого отдельно взятого человека (генодиагностика ), которой, собственно, определяются особенности процесса индивидуального развития организма, многие его свойства и качества во взрослом состоянии. Указанный доступ создает перспективу адресного изменения информации в целях борьбы с болезнями или предрасположенностью к ним (генотерапия, генопрофилактика ), а также предоставления каждому человеку биологически обоснованных рекомендаций к выбору, например, оптимального региона для проживания, характера питания, рода трудовой деятельности, в широком плане к конструированию образа жизни соответственно личной генетической конституции в интересах собственного здоровья.
Биология – наука о жизни как особом явлении во всех ее пространственно-временных проявлениях.
Предмет изучения биологии – все проявления жизни, а именно:
1. Жизнь как особое явление, эволюция живых объектов
2. Знаковые биологические единицы (ген, клетка, особь)
3. Естественные группы организмов (популяция, вид)
4. Исторически сложившиеся сообщества организмов разных видов (биоценоз)
5. Человек как биологический объект
6. Многообразие вымерших и ныне населяющих Землю живых существ, их происхождение, индивидуальное развитие
7. Биотехнологические конструкции (генная, тканевая, органная инженерия; терапевтическое клонирование)
Задачи биологии состоят в изучении общих и частных закономерностей, присущих жизни на всех ее уровнях, во всех ее проявлениях и свойствах: обмена веществ и энергии, размножения, наследственности и изменчивости, роста и развития, раздражимости, дискретности, саморегуляции, движения и т.д.
При этом в биологии используется ряд методов, характерных для естественных наук.
К основным методам биологии относятся:
НАБЛЮДЕНИЕ, позволяющее описать биологическое явление:
1. Невооруженным глазом или с использованием оптических и иных приборов (лупа, микроскоп, электронный микроскоп, дифференциальное центрифугирование, рентгеноструктурный анализ);
2. Визуализация живых структур и процессов (методы лучевой диагностики – рентген, УЗИ, томографии).
ЭКСПЕРИМЕНТ, в ходе которого исследователь искусственно создает ситуацию позволяющую выявить глубоко лежащие (скрытые) свойства биологических объектов:
1. In Vivo – используется живое существо. Особенность – этические проблемы;
2. In Vitro – используются живые биологические объекты (клетки, ткани, органные структуры), выращиваемые вне организма в условиях культуры. Особенность – проблемы интерпретации;
3. Природные “эксперименты” – мутации (закон гомологичных рядов Н.И.Вавилова), уродства.
МОДЕЛИРОВАНИЕ:
1. математическое;
2. компьютерное (дизайн лекарств, в т.ч. на наноносителях);
3. биологическое (создание живых форм (клеток, организмов) с заданными свойствами - технологии knock in, knock out и др.).
СПОСОБЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
сравнительный, дающий возможность найти закономерности, общие для разных явлений;
исторический метод, позволяющий на основе данных о современном мире живого и о его прошлом, раскрывать законы развития живой природы.
Биология является системой наук, которые могут быть классифицированы различным образом.
1. По предмету изучения: ботаника, зоология, микробиология и т.д.
2. По общим свойствам живых организмов:
Генетика (закономерности наследственности);
Биохимия (превращения вещества и энергии);
Экология (взаимоотношения живых существ и их природных сообществ с окружающей средой) и т.п.;
3. По уровню организации живой материи, на котором рассматриваются живые системы:
Молекулярная биология;
Цитология;
Гистология и т.п.
Приведенные классификации, разумеется, не носят абсолютного характера. Так, например, исследование клетки (цитология) в настоящее время немыслимо без изучения биохимии клетки. Ряд возможных дифференциаций биологии как науки можно видеть на ниже приведенном примере.
Одновременно с такой интерпретацией биологии, биологию можно рассматривать и как интегрирующую науку.
Можно также говорить о трех магистральных направлениях биологии:
1. Традиционная или натуралистическая биология. Ее объектом изучения является живая природа в ее естественном состоянии и нерасчлененной целостности – «Храм природы», как называл ее Эразма Дарвина. Истоки традиционной биологии восходят к средним векам, хотя вполне естественно здесь вспомнить и работы Аристотеля, который рассматривал вопросы биологии, биологического прогресса, пытался систематизировать живые организма («лестница Природы»). Оформление биологии в самостоятельную науку – натуралистическую биологию приходится на 18-19 века. Первый этап натуралистической биологии ознаменовался созданием классификаций животных и растений. К ним относятся известная классификация К. Линнея (1707 – 1778), являющаяся традиционной систематизацией растительного мира, а также классификация Ж.-Б. Ламарка, применившего эволюционный подход к классифицированию растений и животных. Традиционная биология не утратила своего значения и в настоящее время. В качестве доказательства приводят положение экологии среди биологических наук, а также во всем естествознании. Ее позиции и авторитет в настоящее время чрезвычайно высоки, а она в первую очередь основывается в принципах традиционной биологии, поскольку исследует взаимоотношений организмов между собой (биотические факторы) и со средой обитания (абиотические факторы).
2. Функционально-химическая биология. Особенность физико-химической биологии – широкое использование экспериментальных методов, которые позволяют исследовать живую материю на субмикроскопическом, надмолекулярном и молекулярном уровнях, что сближает биологию с точными физико-химическими науками. Одним из важнейших разделов физико-химической биологии является молекулярная биология – наука, изучающая структуру макромолекул, лежащих в основе живого вещества. Биологию нередко называют одной из лидирующих наук 21-го века.
3. Эволюционная биология. Это направление биологии изучает закономерности исторического развития организмов. В настоящее время концепция эволюционизма стала, фактически, платформой, на которой происходит синтез разнородного и специализированного знания. В основе современной эволюционной биологии лежит теория Дарвина. Интересно и то, что Дарвину в свое время удалось выявить такие факты и закономерности, которые имеют универсальное значение, т.е. теория созданная им, приложима к объяснению явлений, происходящих не только в живой, но и неживой природе. В настоящее время эволюционный подход взят на вооружение всем естествознанием. Вместе с тем, эволюционная биология – самостоятельная область знания, с собственными проблемами, методами исследования и перспективой развития.
В настоящее время предпринимаются попытки синтеза этих трех направлений биологии и оформления самостоятельной дисциплины – теоретической биологии.
4. Теоретическая биология. Целью теоретической биологии является познание самых фундаментальных и общих принципов, законов и свойств, лежащих в основе живой материи. Основой теоретической биологии в любом случае служит развитие эволюционного подхода, и, таким образом, теоретическая биология может рассматриваться как дальнейшее развитие эволюционной биологии.
В основе биологии лежат 4 аксиомы, характеризующие жизнь и отличающие её от «нежизни».
Аксиома 1
Все живые организмы должны состоять из фенотипа и программы для его построения (генотипа), передающейся по наследству из поколения в поколение. Наследуется не структура, а описание структуры и инструкция по ее изготовлению. Жизнь на основе только одного генотипа или одного фенотипа невозможна, т.к. при этом нельзя обеспечить ни самовоспроизведения структуры, ни ее самоподдержания. (Д. Нейман, Н. Винер)
Аксиома 2
Генетические программы не возникают заново, а реплицируются матричным способом. В качестве матрицы, на которой строится ген будущего поколения, используется ген предыдущего поколения. Жизнь – это матричное копирование с последующей самосборкой копий. (Н.К. Кольцов)
Аксиома 3
В процессе передачи из поколения в поколение генетические программы в результате многих причин изменяются случайно и ненаправленно, и лишь случайно эти изменения оказываются приспособительными. Отбор случайных изменений не только основа эволюции жизни, но и причина ее становления, потому что без мутаций отбор не действует.
Аксиома 4
В процессе формирования фенотипа случайные изменения генетических программ многократно усиливаются, что делает возможным их селекцию со стороны факторов внешней среды. Из-за усиления в фенотипах случайных изменений эволюция живой природы принципиально непредсказуема. (Н.В.Тимофеев-Ресовский)
Вопрос о сущности жизни до сих пор является одним из центральных вопросов естествознания, ответ на который разный в зависимости от точки зрения. Однако все исследователи признают одно общее неотъемлемое свойство живого – ее системный характер, или системность
Под биологической (живой) системой понимается совокупность взаимодействующих элементов, которая образует целостный объект, имеющие новые качества, не свойственные входящим в систему качеств элементов.
Таким образом, живой, целостной системе присущи следующие качества:
· множественность элементов,
· наличие связей между элементами и с окружающей средой,
· согласованная организация взаимоотношений элементов как в пространстве, так и во времени, направленное на осуществление функций системы.
С учетом всего сказанного, мы можем утверждать, что
Л Е К Ц И Я N 1
БИОЛОГИЯ. МЕДИЦИНА. ВВЕДЕНИЕ В МЕДИЦИНСКУЮ БИОЛОГИЮ
1. Биология - наука о жизни.
2. Биология - теоретическая основа медицины.
3. Роль биологии в системе подготовки врача.
4. Сущность, свойства, признаки живого.
5. Уровни организации живых организмов.
Биология - наука о жизни, которая изучает жизнь как особую форму движения материи, законы ее существования и развития. Предметом биологии являются живые организмы, их строение, функции, а также природные сообщества организмов. Термин "биология" впервые был предложен Ж. Б. Ламарком в 1802 году, и происходит от двух греческих слов: bios - жизнь, logos - наука. Вместе с астрономией, физикой, химией, геологией и др. науками, изучающими природу, биология относится к числу естественных наук.
Биология не является единой дисциплиной. Она является совокупностью по меньшей мере 50 дисциплин. К биологии относятся:
а) морфологические дисциплины (анатомия, гистология), описывающие строение организмов;
б) физиологические дисциплины (физиология клетки, животных, растений);
в) общебиологические дисциплины (цитология, генетика, эволюционное учение и т.д.);
д) пограничные дисциплины (биохимия, биофизика, антропология).
Биология как наука накопила огромный фактический материал. По мере развития науки факты постепенно обобщались, осмысливались, создавались гипотезы и теории. Однако никогда не следует забывать, что философские обобщения и выводы всегда обусловлены мировоззрением ученого. Например, К. Линней внес много нового в биологию (предложил сохранившуюся и поныне бинарную номенклатуру), но будучи глубоко религиозным человеком стоял на позициях метафизики и признавал сотворение видов богом. Ч. Дарвин был стихийным диалектиком и явился творцом эволюционной теории. Геккель был горячим последователем Дарвина, пропагандистом его учения, но не будучи до конца диалектиком, Геккель не смог понять разницы между законами развития природы и человеческого общества. В итоге механически перенес положения эволюционной теории Ч. Дарвина на человеческое общество и создал социал-дарвинизм. Он явился в конечном итоге основоположником расизма. Именно поэтому; биология, как любая другая наука всегда являлась ареной острой идеологической борьбы.
По своему мировоззрению ученые с древнейших времен разделились на материалистов и идеалистов. Материалисты признают, что весь мир материален, природа существует объективно, независимо от сознания человека, а сознание - продукт материи - мозга и общественного развития. В противоположность этому идеалисты утверждают, что первичным является нематериальное начало и что весь материальный мир - порождение сознания духа.
Решение задач, которые стоят перед наукой, возможно лишь на базе научного мировоззрения, которое дает правильное представление об окружающем мире.
ЗНАЧЕНИЕ РАЗДЕЛОВ КУРСА БИОЛОГИИ В ПОДГОТОВКЕ ВРАЧА.
Врачебная практика ------------------- Мировоззрение врача
Мед.генетика Биология Эволюционное Человек и Экология
(наследственность клетки учение биосфера с основами
│ │ │ │ │
│ │ │ │ │
болезни человека клетки онтогенеза адаптации заболевания
пороки ─────┘
развития
Биология - наука о жизни. Познание сущности жизни - одна из основных задач общей биологии. Среди первых попыток человечества объяснить возникновение жизни на Земле следует назвать гипотезы самозарождения, основоположником которых был Аристотель. Он полагал, что живое возникло из неживого. Однако движущей силой этого процесса считал божественную силу - энтелехию. Мыслители древнего мира и средневековья считали, что рыбы и лягушки возникают из ила, черви из гниющего мяса, гусеницы из земли и т.д. Известный биолог и врач XVI в. Ван Гельмонт был убежден, что мыши зарождаются из белья и зерна. Основоположник химии Парацельс предлагает рецепт изготовления человека (гомункулюса) в колбе.
Борьба против представления о самозарождении организмов происходила в течение многих веков. Первое экспериментальное опровержение теории самозарождения было сделано Франческой Риди в опытах с гниющим мясом. Им было показано, что если не дать возможности мухам садиться на мясо, личинки ("черви") не развиваются.
С открытием микроорганизмов сторонники теории самозарождения стали говорить о произвольном возникновении микробов. Против этих утверждений выступили в 1775г. Тереховский (опыты с крашением прокипяченных или промороженных настоев), Спаланцани в 1765 г. (опыты со стерилизацией жидкостей). Тем не менее, в 1859 г. француз Пуше привел данные, что в прокипяченных питательных бульонах происходит самозарождение бактерий. Против Пуше выступил Луи Пастер, который доказал, что питательные бульоны, если в них нет микроорганизмов, могут сохраняться годами и в них не обнаруживаются никакие признаки жизни. После опытов Пастера стало очевидным, что существующие формы жизни, какими бы простыми они не были, не могут возникнуть путем самозарождения. Эти факты явились основанием для выдвижения тезиса извечного существования жизни во Вселенной и ее заноса на Землю из космоса. В 1895г. с широкой аргументацией этой точки зрения выступил С. Аррениус, назвав ее теорией панспермии. При этом вопрос о первичном возникновении жизни на космических телах не затрагивался. Широкое хождение имели предположения о заносе зародышей живых организмов на Землю с метеоритами. Однако все попытки обнаружить в метеоритах какие-либо признаки живого не увенчались успехом. Критикуя взгляды сторонников этеризма (лат.acternus - вечный) Энгельс писал: "Вышеприведенная гипотеза о "вечной жизни" и о занесении извне ее зародышей предполагает:
1)вечность белка,
2)вечность первичных форм, из которых может развиваться все органическое. И то, и другое недопустимо" (Диалектика природы).
Принципиальное диалектико-материалистическое решение вопроса о появлении жизни на Земле было дано Энгельсом, который писал: "Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел" (Антидюринг). Т.о. Энгельс охарактеризовал жизнь как одну из форм движения материи, а именно биологическую форму: более высокую, чем механическая, физическая, химическая. Энгельс показал, что развитие живого из неживого является естественной закономерностью. Жизнь возникла из неживого в процессе эволюции нашей планеты на определенном этапе ее существования. Основным субстратом живого на Земле является белок. Уровень развития науки того времени позволял полагать, что основным субстратом жизни является белок. Однако, в свете современных представлений под субстратом жизни понимают комплекс веществ, принадлежащих к двум классам биополимеров - белкам и нуклеиновым кислотам. В связи с этим предпринимались попытки "по-новому" определить понятие "жизнь". Все попытки не изменили сути и формулировки данной Энгельсом. Наиболее удачное определение жизни дал Дж. Бернал: "Жизнь - это функция взаимодействия белков и нуклеиновых кислот на Земле". Этим определением допускается наличие во Вселенной других форм жизни. Итак, субстрат жизни - белки и нуклеиновые кислоты.
Живое характеризуется целым рядом важнейших признаков:
1.Обмен веществ и энергии. Энгельс в своем определении подчеркнул, что основное свойство живого - обмен веществ. Любой живой организм можно представить как открытую систему, поддерживающую непрерывный обмен веществ и энергии с окружающей средой.
ЖИВОЕ КАК ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА
вещества из внешней среды
┌──────────┘ └─────────────┐
АССИМИЛЯЦИЯ │ │ ДИССИМИЛЯЦИЯ
┌─────┬───────┐ │ │ ┌────────────────┐
Гетеро- │ │ │ │Аэробная │
трофы │ │ │ │ Анаэробная
Миксотрофы │ └──────────┐ ┌────────────┘
Аутотрофы продукты
Метаболизма
2. Структурная организация. Живое построено из тех же химических элементов, что и неживое, но характеризуется сложностью химических соединений, обусловленной определенной упорядоченностью на молекулярном уровне. Структурная организация - характерное свойство живого на всех уровнях его организации. Типичный пример упорядоченной структуры - хромосома.
3. Дискретность и целостность. Органический мир целостен, т.к. составляет систему взаимосвязанных частей, и в то же время он дискретен (лат.discretus - прерывистый). Органический мир состоит из отдельных единиц - организмов или особей. Каждый организм состоит из клеток, последняя из субклеточных структур (органелл), но функционирует как единое целое.
4. Репродукция - воспроизведение себе подобного.
5. Наследственность и изменчивость - важнейшие свойства живого, связанные с передачей потомству от родителей наследственных признаков организма и с возможностью их изменяться под влиянием факторов среды.
6. Рост и развитие - свойство организма расти и развиваться за счет деления клеток и их дифференцировки.
7. Раздражимость и движение. Свойство живого, благодаря которому организмы непрерывно контактируют с окружающей средой,
другими организмами. У одноклеточных оно проявляется в виде таксисов, у растений - в виде тропизмов, у высших животных - в виде рефлексов.
8. Внутренняя регуляция и гомеостаз. Любой организм, являясь открытой системой, сохраняет в то же время постоянство своей внутренней среды (гомеостаз) благодаря нейрогуморальной регуляции гомеостаза.
Энгельс рассматривал жизнь как форму движения материи в неживой природе. Современное естествознание, руководствуясь диалектико-материалистической методологией, пошло еще дальше по пути выявления форм движения материи и исходит из представлений о разных уровнях организации живого, т.е. о различном проявлении форм движения материи даже в пределах органического мира.
Выделяют пять уровней организации живого:
1. Молекулярно-генетический. Элементарными структурами этого уровня являются центральные управляющие системы - коды наследственной информации, передаваемые от поколения к поколению, а элементарными явлениями - воспроизведение этих кодонов по принципу матрицы и производство первичных генных структур.
2. Клеточный. Элементарной структурной единицей этого уровня является клетка, а элементарным эволюционным явлением - деление клеток.
3. Онтогенетический. Элементарные структуры этого уровня организмы, а элементарные явления - их онтогенез и неизвестные еще в деталях механизмы, которые управляют упорядоченным во времени и пространстве индивидуальным развитием многоклеточных организмов.
4. Популяционно-эволюционный. Здесь элементарными структурами являются популяции любого вида живых организмов, а элементарное явление - направленное изменение их генетического состава. Последнее ведет к возникновению приспособлений и в итоге к видообразованию на основе естественного отбора.
5. Биосферно-биогеоценотический. Элементарными структурами этого уровня являются биогеоценозы, а элементарными явлениями переходы из одного состояния, временного, неустойчивого равновесия в другое. Принципиальная неделимость биосферы обуславливает необходимость решения многих проблем охраны природы и использования ее ресурсов.
Современная биология находится на полосе открытий. Во многом именно от успехов на биологическом фронте естествознания зависят важные аспекты будущего человечества.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА БОТАНИКИ И ЗАЩИТЫ ЛЕСА
Одобрена: УТВЕРЖДАЮ
Кафедрой ботаники и Декан факультета
Защиты леса _______________Нагимов З.Я.
Протокол №________ _________________ 2008г.
«_____»____________2008г.
Зав.кафедрой__________
методической комиссией
факультета
протокол №___________
от «_____»____________2008г.
Председатель_______________
ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ В БИОЛОГИЮ
Для направления - специальности - 205201- лесное хозяйство;
205203- садово - парковое и ландшафтное
строительство
Факультет Лесохозяйственный
Курс - 1 семестр - 1
Трудоемкость дисциплины по стандарту -
В том числе: Лекции - 16 час.
Лабораторные - 0
Практические - 16 час.
Контрольные мероприятия: Зачеты - 1 час.
Всего - 64 час.
Составитель: кандидат биологических наук Зотеева Е.А
Екатеринбург 2008
Цели задачи дисциплины, ее место в учебном процессе
Введение в биологию является первой естественно-научной дисциплиной для специальностей 2065201 и 205203, изучаемой на первом курсе.
Цель дисциплины: обеспечить, в соответствии с требованиями учебной программы, необходимый уровень знаний по общебиологическим вопросам для наиболее качественного освоения специальных дисциплин, имеющих биологическую основу.
Задачи дисциплины:
Знакомство студентов с основными общебиологическими проблемами, особенно с вопросами, связанными с разнообразием органического мира, основами эволюционного учения и экологии;
Обеспечение устойчивых знаний по биологии клетки;
Освоение методики микроскопических исследований, создание навыков изготовления и работы с микропрепаратами.
Дисциплины, обеспечивающие изучение данной дисциплины
Так как введение в биорлогию по учебному плану начинает изучаться в первом семестре первого курса и является первой биологической дисциплиной в графике учебных занятий, она базируется лишь на остаточных знаниях, полученных при изучении школьной программы.
Обеспечиваемые дисциплины
Ботаника. Разделы: клеточное строение растений, анатомия растительных тканей, история развития систематики растений, филогенетическое развитие царства растений.
Физиология растений. Разделы: разделы анатомического строения основных органов растений и теоретическое обоснование важнейших физиологических процессов, происходящих в них.
Экология . Разделы: иерархия структурных уровней живой природы, царства живой природы, основы эволюционного учения.
Биология лесных зверей и птиц. Разделы: разнообразие живых организмов, систематика царства животных.
Лесная энтомология. Разделы о циклах развития насекомых разных таксономических групп.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
УЧЕБНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная:
Медников Б.М. Аксиомы биологии. – М.: Знание, 1982.
Пособия по биологии для поступающих в вузы.
П.Кемп, К.Армс. Введение в биологию. – М.: «Мир», 1988. –671 с.
Родионова А.С., Барчукова М.В. Ботаника. – Л., 1990
Дополнительная:
Воронцов Н.Н. Теория эволюции: истоки,постулаты и проблемы. –
М.:Знание, 1984.
Рейвн П., Эверт Р., Айкхорн С. Современная ботаника. – М.: Мир, 1990. Т. 1,2.
Эзау К. Анатомия семенных растений. – М.: Мир, 1980. Т. 1,2.
Ярыгин В.Н., Васильев В.И. и др. Биология.- М.: Высшая школа, 1999.- 448 с.
Методические разработки кафедры:
Зотеева Е.А., Михайлов Ю.Е. Введение в биологию.- Екатеринбург, 2003.- 28 с.
Технические средства обучения:
1. Оборудование для микроскопических исследований.
Количество часов: основной поток
Количество лекционных часов | Количество часов практических занятий | Контрольные работы | |||
Биология как наука о живом. Понятие «живого ». Основные признаки и свойства живых организмов. Разнообразие и классификация живых организмов. Принципы классификации. Структурные и функциональные классификации. Царства природы и их характеристика. «Система живой природы». | |||||
Структурные уровни организации жизни. Клеточный уровень организации. Клетка прокариотическая и эукариотическая. Основные черты строения прокариотической клетки. Структура и разнообразие эукариотической клетки. Клеточные органеллы. Отличительные признаки клеток животных и растительных. Одноклеточные и многоклеточные организмы. Переход к многоклеточности в онтогенезе и филогенезе. | |||||
Эволюция органического мира. Понятие «биогенеза» . Этапы биогенеза. Биологическая эволюция биосферы. Концепция развития в биологии. Теории К.Линнея, Ж.Б.Ламарка, Ж.Кювье, Ч.Дарвина и А.Уоллеса. | |||||
Синтетическая теория эволюции (СТЭ). Основные понятия и положения СТЭ. Представление об эементарных эволюционных явлениях и факторах. Понятия «популяции », «мутации », «волн жизни », «изоляций », «естественного отбора ». | |||||
Палеонтологическая летопись органического мира. Представление о палеонтологических остатках. Этапы геологического развития Земли. Геохронологическая шкала. | |||||
Перечень лабораторных работ :
Контрольная работа 1. Клеточный уровень организации жизни. Клеточная теория, разнообразие клеток. Структура и отличительные черты прокариотической и эукариотической клеток. Переход к многоклеточности в онтогенезе и филогенезе. Основные теории.
Контрольная работа 2. Этапы развития идеи эволюции. Основные эволюционные теории (К.Линней, Ж.-Б.ламарк, Ч.Дарвин) Основные положения СТЭ. Элементарные эволюционные явления и факторы.
