Урок 1.
Тема: Биология как наука. Методы научного познания, основные уровни организации живой природы.
Элементы содержания, проверяемые на ЕГЭ:
· Биология как наука, её достижения, методы познания живой природы.
· Роль биологии в формировании современной картины мира.
· Уровневая организация и эволюция. Основные уровни организации живой природы.
· Биологические системы. Общие признаки живой системы.
* * *
Биологические дисциплины. Биологические дисциплины условно можно разделить на две группы. К первой относятся все описательные науки, имеющие своим главным свойством систематизировать и обобщить знания, относящиеся к отдельным царствам живой природы. К таким наукам относятся ботаника – наука о растениях, зоология - наука о животных, микология - о грибах, вирусология - наука о вирусах, бактериология – о бактериях.
Ко второй группе относятся науки «общей биологии», науки, изучая которые можно применить знания для наук первой группы. Физиология – наука, изучающая процессы жизнедеятельности организма. Например, строение организмов изучает наука анатомия (первая группа), а механизм мышечного сокращения (присущего любой мышечной клетке любого живого организма) – физиология (вторая группа). Важнейшим методом физиологии является эксперимент.
Цитология – наука о клетке. Для этой науки присущ ряд специфичных методов:
1. Микроскопия. Данный метод заключается в рассматривании клеток при помощи микроскопа. Световой микроскоп позволяет увидеть крупные органоиды клетки (ядро, аппарат Гольджи, митохондрии, пластиды), а так же процессы, происходящие в клетке при её делении (конденсация и расхождении хромосом, образование дочерних клеток). Более мелкие структуры клетки и вирусные частицы (вирионы, вириоиды) могут быть изучены при помощи электронного микроскопа, имеющего большую разрешающую способность.
2. Центрифугирование. С помощью этого метода можно получать фракцииотдельных органоидов. Для этого клетки измельчают. Полученныйгомогенат помещают в центрифугу. Под действием центробежной силы органоиды начинаю оседать на дно пробирки. При небольшой скорости вращения на дно пробирок оседают более тяжелые структуры (крупные фрагменты мембран, ядра клеток). По мере увеличения скорости вращения оседают более легкие структуры и т. д. Таким образом изначально однородная масса расслаивается и в каждом слое преобладают определенные клеточные структуры, которые можно отделить и изучить.
3. Метод меченных атомов основан на использовании радиоактивных изотопов. Атомы называются мечеными потому, что их всегда можно обнаружить при помощи соответствующего оборудования. Меченые атомы вводятся в состав какого-либо вещества, вещество поступает в клетку (организм), а затем фиксируется нахождение меченного атома в составе определенных веществ и структур. Данный метод позволяет изучать биохимические процессы, пути превращения веществ в ходе метаболизма.
Систематика – наука, изучающая многообразие живых организмов и классифицирующая их. Классификация – разделение организмов на группы на основании особенностей строения, происхождения, развития. Особенность современной классификации заключается в том, что в основе классификации лежит установление родства между организмами.
Экология – наука, изучающая взаимоотношения организмов с окружающей средой и с другими организмами. Объектами изучения экологии является организменный и надорганизменный уровни организации жизни. Отношения человека и природы, охрана окружающей среды и рациональное природопользование – это отдельные направления экологии.
Клеточная инженерия- направление науки, занимающееся получением гибридных клеток. Примером может служить гибридизация растительных клеток с животными, гибридизация клеток аномального развития и лимфоцитов, слияние протопластов клеток и клонирование.
Генная инженерия – направление науки, занимающееся получением гибридных молекул ДНК и РНК. Если клеточная инженерия работает на уровне клетки, то генная инженерия работает на уровне молекул. В данном случае специалисты пересаживают гены одного организма другому. Одним из результатов генной инженерии является получение генетически модифицированных организмов (ГМО).
Селекция - наука, занимающаяся выведением новых и улучшением существующих пород домашних животных, сортов культурных растений и штаммов бактерий и грибов. В арсенале селекционеров целый ряд методов.
1. Гибридизация – скрещивание организмов разных сортов, пород, штаммов. Позволяет повысить генетическое разнообразие исходного материала для отбора.
2. Отбор- метод, в основе которого лежит отбор селекционером особей с интересующими признаками и получение от них потомства.
3. Искусственный мутагенез – метод обработкиселекционного материала мутагенными факторами, с целью получения мутаций.
Генетика - наука о закономерностях наследственности и изменчивости организмов. Основной метод генетики, разработанный еще Грегором Менделем, - гибридологический - заключается в скрещивании особей, отличающихся по определенным признакам и изучение этих признаков у полученного потомства. Однако, для изучения закономерностей наследования этих признаков у человека этот метод неприемлем, поэтому используется ряд других:
1. Генеалогический метод заключается в анализе родословных. На основании этого метода можно выявить особенности наследования того или иного признака.
2. Близнецовый метод состоит в изучении влияния среды на формирование признаков у близнецов. Изучая различия у идентичных (однояйцевых) близнецов ученые делают выводы о влиянии генотипа и среды на формирование признака.
3. Цитогенетический метод включает в себя изучение хромосомного набора (кариотипа) с помощью микроскопа. Специалисты рассматривают в микроскоп хромосомы и сравнивают с нормальным набором. Если есть отклонения в фенотипе и генотипе, то их можно связать между собой. Так была установлена связь между наличием лишней 21 хромосомы и синдромом Дауна.
4. Биохимический метод. Некоторые нарушения в обмене веществ связаны с особенностями генотипа, поэтому обнаружив такие нарушения, можно сделать вывод о генотипе того или иного человека. Примерами таких нарушений могут служить заболевания фенилкетонурия и сахарный диабет.
Бионика - направление в науке, занимающееся поиском возможности применения принципов организации, свойств и структур живой природы в технических устройствах.
Биотехнология – дисциплина, изучающая возможности использования организмов или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач. Обычно в биотехнологических процессах используют бактерии или грибы. В настоящее время высокопродуктивные штаммы бактерий и грибов производят необходимые в медицине инсулин, гормон роста, антибиотики. Подобным образом производятся кормовые добавки для сельскохозяйственных животных. Производство кисломолочных продуктов, сыров, виноделие - так же основаны на использовании микроорганизмов.
Палеонтология - наука, изучающая живой мир прошлого на основании обнаруженных ископаемых останков.
Уровни организации жизни. Живая природа представляет собой совокупность биологических систем различного уровня. Менее сложные системы являются частью более сложных систем, поэтому принято говорить об уровнях организации жизни. Общим для всех уровней организации является то, что каждый уровень представляет собой открытую саморегулирующуюся систему. Выделяют следующие уровни живой природы:
· Молекулярный
· Клеточный
· Организменный
· Популяционно-видовой
· Биогеоценотический
· Биосферный
Три последних уровня являются надорганизменными.
Свойства живого.
1. Обмен веществ. Вся совокупность обменных процессов в организме можно разделить на два больших процесса: биосинтез веществ с затратами энергии и распад веществ с получением энергии.
2. Единство химического состава
3. Клеточное строение.
4. Раздражимость
5. Самовоспроизведение
6. Наследственность и изменчивость.
7. Рост и развитие
8. Саморегуляция
ЗАДАНИЯ
А1. Классификация организмов на основе их родства – предмет науки:
1)ботаники
2)физиологии
3)систематики
4)генетики
А2. Структура и число хромосом могут быть изучены с помощью метода :
1)генетического
2)биохимического
3)центрифугирования
4)цитогенетического
А3. Селекционеры занимаются :
1)изучением влияния человека на окружающую среду
2)разделением организмов на группы на основе их родства
3)получением высокопродуктивных штаммов микроорганизмов
4)изучением закономерностей эволюции живой природы
А4. Для изучения наследственности и изменчивости человека использоваться метод:
1)гибридологический
2)искусственного мутагенеза
3)искусственного отбора
4)генеалогический
А5. Реализация наследственной информации происходит на уровне:
1)организменном
2)популяционно-видовом
3)биогеоценотическом
