Введение в биологию

Биология
— это наука о жизни.
Жизнь
— это способ существования белковых тел (определение Энгельса).

Биология изучает жизнедеятельность всех живых организмов: вирусов, бактерий, грибов, растений, животных.

Задача общей биологии — выявление многообразия живых организмов и объяснение их общих свойств.

В зависимости от предмета изучения биологию подразделяют на микробиологию (вирусология и бактериология), микологию, ботанику, зоологию, а также биотехнологию, генную инженерию, биофизику.

Биотехнология
— это производство с помощью живых организмов.
Генная инженерия
— конструирование генов.
Биофизика
— изучение движения, теплообмена и др. на уровне живых организмов.

Все эти науки имеют общие разделы:

  1. Морфология— наука о строении; изучает структуру объекта.
  2. Физиология — наука о свойствах живого.
  3. Генетика — наука о наследственности и изменчивости.
  4. Биохимия — наука о веществах, которые входят в состав живого.

По уровню изучения биологию делят на молекулярную биологию, цитологию, гистологию, анатомию, экологию и др.

Биология имеет большое значение для медицины, пищевой промышленности, сельского хозяйства.

Уровни организации живой материи

  1. Молекулярный. Проявляется на уровне биополимеров (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды). На этом уровне проявляются процессы обмена веществ и энергии, передача наследственной информации. Этот уровень изучает молекулярная биология.
  2. Клеточный. Клетка — структурная единица всего живого. Изучает цитология.
  3. Тканевый. Ткань — это совокупность сходных по строению, происхождению и выполняемым функциям клеток. Изучает гистология.
  4. Органный. Орган включает в свой состав несколько тканей. Изучает анатомия.
  5. Организменный. Изучает аутэкология.
  6. Популяционно-видовой. Популяция — это совокупность особей одного вида, длительно существующих на определенной территории, свободно скрещивающихся и относительно изолированных от других особей того же вида.
    Генофонд — совокупность генов в популяции.
    Ареал — часть земной поверхности, в пределах которой распространен тот или иной вид (род, семейство и пр.) или какой-либо тип сообщества живых организмов.
    Изучает синэкология — экология групп.
  7. Биогеоцинотический. Биогеоциноз — это совокупность всех видов с различной сложностью организации и всех факторов среды их обитания.
  8. Биосферный. Биосфера — биологическая система высшего порядка, охватывающая все явления жизни на Земле; - биологический слой жизни на Земле. Для этого уровня характерны глобальные круговороты веществ и энергии.

Многообразие живых организмов

Живые организмы сильно отличаются по размерам, массе и уроню организации.

Живое тело (живая система)
— это открытая, саморегулирующаяся и самовоспроизводящаяся система, построенная из белков и нуклеиновых кислот.
Открытая система
— это такая система, в которую вещества как поступают, так и выходят.

Все живые организмы состоят из клеток.

Все организмы делятся на одноклеточные и многоклеточные.

Некоторые клетки устроены сложно (эукариотические), другие — проще (прокариотические).

У многоклеточных организмов клетки могут быть сильно дифференцированы (человек) или слабо (гидра, губки).

У человека самыми дифференцированными клетками являются эритроциты и нервные клетки (размножаться они не могут).

Свойства живых организмов

Всем живым организмам присуще следующие свойства, которые отличают их от неживой природы.

  1. Единство химического состава.
    В живые организмы входят те же элементы, что и в неживые объекты, но в другом соотношении. В неживой природе наиболее распространены O, Si, Fe, Mg, Al. В состав живых организмов входят C, H, O, N, S и др.
    Живые организмы обладают способностью избирательного накопления и поглощения элементов.
  2. Обмен веществ с окружающей средой.
    Живые организмы осуществляют постоянный обмен веществ с окружающей средой. Подобные процессы происходят и в неживой природе (изменение агрегатного состояния воды, извержение вулканов). Однако в живых организмах постоянно происходит синтез — ассимиляция и распад — диссимиляция. Эти процессы в живых организмах направлены на постоянство химического состава и строения.
  3. Размножение (репродукция) — это свойство организмов воспроизводить себе подобных.
    Этот процесс проявляется на всех уровнях организации живой материи: на молекулярном — гены, на клеточном — слияние клеток и последующее их деление, на организменном — поведение и инстинкты, на популяционно-видовом — ряд приспособлений.
    Самовоспроизводство тесно связано с понятием наследственности.
  4. Наследственность и изменчивость.
    Наследственность связана с постоянством структуры ДНК. Изменчивость связана с комбинациями родительских генов, мутациями и др.
  5. Рост и развитие.
    Способность к развитию является всеобщим свойством материи. Развитие — это необратимое, направленное, закономерное изменение объектов живой и неживой природы.
    Закон перехода количества в качество. Рост организмов обычно сопровождается и их развитием.
    Развитие в живой природе представлено филогенезом и онтогенезом.
  6. Раздражимость.
    Раздражение — это реакция организма на внешнее воздействие. Раздражение определяется чувствительностью и раздражительностью. Любая чувствительность имеет свой порог раздражения (опыт с иголкой).
    Высшие многоклеточные организмы на раздражение реагируют посредством рефлекса. Простейшие организмы и растения — движением или ростом (таксисы и тропизмы).
  7. Авторегуляция — это способность организма поддерживать постоянство внутренней среды и свое строение в условиях постоянно меняющейся среды.
    У человека осуществляется посредством нервной и гуморальной (эндокринной) регуляции.
  8. Ритмичность.
    Все организмы подчинены ритмам неживой природы (сутки, фазы луны, времена года). У живых организмов наблюдаются изменения физиологических процессов.
    Ритмичность является приспособлением к постоянно меняющимся условиям среды. Ее нарушения отсеиваются естественным отбором.
  9. Дискретность — это основа структурной упорядоченности, а также возможность постоянной замены отдельных элементов без прекращения выполнения функций.
    Дискретность вида предопределяет возможность его эволюции путем гибели неприспособленных особей и сохранение особей с полезными в данных условиях признаками.
    (При ожоге эпителий пострадавшего места отторгается без прекращения функционирования остального эпителия тела.)
  10. Энергозависимость.
    Живые организмы открыты для поступления энергии и устойчивы лишь при условии непрерывного поступления в организм веществ и энергии (кислород, пища и др.).
    Минимальные потери веществ и энергии обеспечивают оболочки: мембраны, покровы.

Все организмы состоят из белков, нуклеиновых кислот, сахаров и липидов. У всех организмов сходны редупликация, трансляция, биосинтез белка и жирных кислот, расщепление глюкозы и др. Это говорит об общности их происхождения.

Волькенштейн: "Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот."

Методы биологических наук

Живые организмы очень сложные, следовательно, методы их изучения разнообразны.

  1. Наблюдение. Применяется очень давно. Используется и в настоящее время.
  2. Описательный. Применяется со времен изобретения письменности (примерно 10 тысяч лет назад). Актуален в настоящее время.
  3. Сравнительный. Используется с XVIII века в систематике. Стал основой для формулирования клеточной теории.
  4. Исторический. Изучает закономерности появления и развития организмов, становления их функций.
  5. Экспериментальный. Заключается в создании ситуаций, позволяющих изучать свойства природы. (-) Исследование происходит изолированно, виды вырваны из естественной среды. (+) Можно повторить исследование.
  6. Моделирование. Применяется относительно недавно. Существуют знаковые модели (типа a = b + c), образные и имитационные модели.
Биология: