Приложение 1.3.1-3
Программа курса
“Введение в биологию”
для студентов биолого-почвенного факультета СПбГУ
52 часа лекций
Авторы программы:
чл.-корр. РАН, д. б.н. проф. -Вечтомов,
к. б.н., доц. ,
к. б.н., доц. ,
д. б.н. проф. |
Тема 1. Структура научного метода (1 ч).
Способы получения новых знаний: интуиция и наука. Воспроизводимость результатов как основа научного метода. Деление наук на естественные, гуманитарные и точные. Условность этого деления. Структура научного метода. Постановка и формулирование проблемы. Выбор модели. Сбор фактов (наблюдение). Формулирование гипотез и их проверка (эксперимент). Понятие о контрольных и опытных вариантах эксперимента. Количественная оценка (сравнение) результатов, их статистическая обработка. Использование научного анализа и синтеза. Путь от гипотез к научной теории. Постепенная эволюция научных теорий. Система научного знания. Взаимосвязь прогресса в различных науках. Соотношение науки и культуры, естественно-научного и гуманитарного образования.Тема 2. Что такое жизнь? (2 ч).
Предмет биологии как естественной науки. Понятие “жизнь”. Основные отличия живого от неживого: обмен веществ и энергии (питание, дыхание, выделение), чувствительность и авторегуляция, смертность, способность к размножению, наследственная изменчивость. Клеточное строение живого. Живые объекты как открытые системы. Термодинамика открытых систем. Невозможность строгого определения понятия “жизнь”. Относительность различий между живыми и неживыми объектами. Принципиальная возможность зарождения живого из неживого (эксперименты Велера и Миллера). Невозможность самозарождения жизни в настоящее время. “Omnis cellula e cellula”. Жизнь как “основное понятие” биологии. Неопределяемость основных понятий в других областях науки.Тема 3. Единицы живого (5 ч).
НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?
Повторение: Сложность биологических объектов. Научный анализ и синтез в изучении биологических объектов.
Основные единицы биологической дискретности: особь и клетка. Наличие особых структур, отграничивающих особь и клетку от окружающей среды.- Клетка. Основные компоненты клетки: клеточная мембрана, цитоплазма и генетическая информация. Понятие о про - и эукариотических клетках. Принцип компартментализации. Разнообразие клеточных органоидов. Деление клеток. Возможные трудности при вычленении клеток: водоросли, грибы, синцитии животных, плазмодии. Особь = организм. Критерии организма: обособленность и неделимость. Наиболее просто устроенные особи: одноклеточные организмы. Истинная многоклеточность. Размножение особей. Непрерывный ряд поколений. Эволюция как непрерывный процесс, основанный на размножении особей. Возможные трудности при вычленении особей (клоны и колонии, специализация особей в составе одной колонии).
- Таксономические категории. Основные задачи классификации (систематики). Сравнение организмов. Проблема выбора существенных для сравнения признаков. Таксономическая категория как совокупность организмов, имеющих определенную степень сходства (родства). Иерархия таксономических категорий: вид, род, семейство, отряд, класс, тип, царство. Условность таксономических категорий. Естественные группировки организмов. Разнообразие взаимоотношений между организмом и средой обитания. Абиотические и биотические факторы внешней среды. Совместное обитание (симбиоз) организмов: мутуализм, кооперация комменсализм, хищничество и паразитизм, аменсализм, конкуренция. Популяция как естественная внутривидовая группировка. Биоценоз как естественная межвидовая группировка. Структура биоценоза: понятие о продуцентах, консументах и редуцентах. Пищевые цепи, сети и пирамиды. Динамическая стабильность (авторегуляция) биоценозов. Сукцессия. Климаксовые биоценозы. Необратимые изменения биоценозов. Условность вычленения внутривидовых и межвидовых группировок.
- Ткани как совокупности клеток, сходных по строению и выполняемым функциям. Основные типы тканей животных и растений. Органы: многотканевые структуры, обеспечивающие выполнение общей функции. Системы органов (у животных).
Взаимосвязанность всех тканей и органов в пределах особи.
Тема 4. Принцип структурно-функционального соответствия
в организации живого (2 ч)
Повторение: Сложность живых объектов. Возможности научного анализа и синтеза. Единицы строения многоклеточных организмов.
Принцип разделения функций в организации живого. Многоклеточный организм как иерархия специализированных структур (системы органов, органы, ткани, отдельные клетки). Клетка как иерархия специализированных структур (органоиды, молекулярные комплексы, отдельные молекулы). Принцип структурно-функционального соответствия. Невозможность выполнения функции при отсутствии соответствующих структур. Сходные требования к структурам, выполняющим похожие функции (на примере органов, служащих у различных животных для измельчения пищи). Структурно-функциональное соответствие на молекулярном уровне. Признак как результат выполнения функции. Понятие о биологическом признаке. Сложные признаки. Элементарные признаки как результат выполнения элементарных биологических функций. Изучение элементарных биологических функций через элементарные признаки. Понятие о генах и фенах.Тема 5. Молекулярные основы жизни (4 ч).
Повторение: Принцип структурно-функционального соответствия. Элементарные биологические функции.
Разнообразие органических веществ (биомолекул). Основные классы биомолекул: жиры, углеводы, белки и нуклеиновые кислоты. Связь между строением молекулы и ее биологическими функциями. Жиры: особенности строения и основные биологические функции. Углеводы: особенности строения и основные биологические функции. Моно-, ди - и полисахариды. Белки. Полимерное строение белков. Аминокислоты и их разнообразие. Причинно-следственные взаимоотношения между первичной, вторичной, третичной и четвертичной структурой белка. Функциональное разнообразие белков. Значение белков-ферментов. Конформационные изменения молекулы белка, их адаптивная роль. Невозможность биосинтеза белка в отсутствие генетической информации. Нуклеиновые кислоты. Полимерное строение нуклеиновых кислот. Нуклеотиды. Строение нуклеотида: азотистое основание, (дезокси)рибоза, фосфатная группа. Комплементарное взаимодействие нуклеотидов. Типы нуклеиновых кислот:- ДНК. Строение двунитевой молекулы. Возможность диссоциации и реассоциации комплементарных нитей. Репликация ДНК как матричный процесс. Молекулярные системы, обеспечивающие точность репликации. Неизбежность ошибок репликации. РНК: Особенности строения и нуклеотидного состава.
Тема 6. Как формируются признаки организма? (8 ч).
Повторение: Элементарные признаки как результат выполнения элементарных биологических функций.
Экспрессия гена. Причинно-следственная связь между генами и признаками организма. Экспрессия гена. Транскрипция и трансляция как матричные процессы. Сложность молекулярных аппаратов транскрипции и трансляции. Генетический код. Центральная догма молекулярной биологии. Миграция белка в соответствующие компартменты. Регуляция экспрессии гена. Возможность регуляции на разных этапах экспрессии. Значение и принципы транскрипционной регуляции. Понятие о транскрипционных факторах и структурных элементах промотора. Оперонная схема регуляции у прокариот. Адаптивная роль регуляции экспрессии генов. Дифференциальная экспрессия генов в процессе развития. Индивидуальное развитие многоклеточных эукариот как результат клеточной дифференцировки. Значение транскрипционной регуляции в процессах дифференцировки. Каскадный принцип транскрипционной регуляции. Как запускается транскрипционный каскад? Понятие о терминальной дифференцировке. Апоптоз. Регенерация. Аномалии развития как результат нарушения дифференцировки. Молекулярно-генетические основы биологических ответов. Биологические ответы как механизм адаптаций к постоянно меняющейся среде обитания. Система биологического ответа: рецептор, передача сигнала и собственно ответ. Рецепторы: принципы строения и функционирования. Основные способы передачи воспринятого сигнала: транскрипционные и протеинкиназные каскады. Системы быстрого и медленного биологического ответа. Преимущественное использование быстрых и медленных ответов в разных царствах живого. Нервная система как наиболее эффективное воплощение принципов быстрого ответа. Поведение и гомеостаз как система биологических ответов организма на внешние и внутренние сигналы.Тема 7. Биология размножения (4 ч).
Повторение: Биологический смысл размножения.
Основные типы размножения: бесполое и половое. Их задачи и роль в эволюции. Бесполое размножение. Деление клеток. Смертны ли клетки? Клеточный цикл. Митоз как основа бесполого размножения (у эукариот). Вегетативное размножение. Половое размножение. Оплодотворение. Основные типы оплодотворения: изогамия (морфологическая, но не физиологическая), анизогамия, оогамия. Гаметы, зигота. Мейоз как необходимое условие полового процесса. Жизненный цикл. Закономерное чередование диплоидной и гаплоидной фаз жизненного цикла. Разнообразие жизненных циклов. Зародышевая плазма и сома. Вспомогательные системы, обеспечивающие половую изоляцию.Тема 8. Разнообразие живого (15 ч).
Повторение: Предмет и задачи классификации (систематики). Таксономические категории.
Классификация живых существ. Системы искусственные и естественные. История систематики (Аристотель, Гешнер, Боэн, Рей, Линней и др.). Принципы научной классификации организмов: биномиальность и иерархичность. Таксоны. Систематика и филогения. Дивергенция и конвергенция. Гомологии и аналогии. Монофилия и полифилия. Понятие об уровне организации. Различия между понятиями “таксон” и “жизненная форма” (на примере саркодовых, жгутиконосцев, грибов, растений и других групп). Понятие о микро-, макро - и мегасистематике. Принципы построения мегасистем: исключение полифилии, оптимальная диагносцируемость, единство уровня разнообразия и обособленности таксонов одинакового ранга. Особенности организации основных клеточных аппаратов (ядерного, фотосинтетического, митохондриального, мембранного, белок-синтезирующего, двигательного), как наиболее консервативные признаки, удобные для построения мегасистем. Современные мегасистемы: взгляды Уиттэйкера, Маргелиса, Тахтаджяна, Старобогатова, Кусакина, Дроздова и др. Прокариоты:- Бактерии. Особенности оганизации клетки. Строение бактериального жгутика, движение. Размножение. Типы генетической рекомбинации (трансформация, конъюгация, трансдукция). Питание бактерий (автотрофы, гетеротрофы, фототрофы, хемотрофы, органотрофы, литотрофы). Основные группы бактерий (грамположительные, грамотрицательные, микоплазмы) и их таксономический статус. Археи. История открытия. Особенности организации и биологии (своеобразие рибосомных и транспортных РНК, необычность строения плазматической мембраны и поверхностных слоев, экстремофильность и др.). Кренархеоты и Эвриархеоты – их таксономический статус.
- Протисты – эукариотические организмы на клеточном уровне организации. Особенности строения (формообразующие и опорные элементы, жгутиковый аппарат, экструсомы, сократительные вакуоли, хлоропласты). Питание (автотрофы, фаготрофы, сапротрофы). Размножение (бесполое, половое). Особенности организации, жизненных циклов и распространения Микроспоридий, Архемонад, Родобионтов, Миксобионтов, Эвгленобионтов, Альвеолят, Гетероконтов. Их таксономический статус. Грибы. Особенности строения (мицелий, гифы и их модификации) и ультраструктурной организации (ядерный аппарат, комплекс Гольджи, клеточная стенка, рибосомы и др.). Бесполое размножение (спороношение, почкование). Особенности полового размножения у грибов. Питание грибов. Краткая характеристика основных групп (зигомицеты, аскомицеты, базидиомицеты), их роль в природе. Растения - многоклеточные автотрофные эукариоты с выраженной дифференцировкой тканей. Чередование гаплоидного (гаметофит) и диплоидного (спорофит) поколений. Различия в морфологической организации гаметофитов и спорофитов. Разнонаправленность эволюции спорофитного и гаметофитного поколений. Происхождение растений. Наиболее важные эволюционные преобразования организации и жизненных циклов у основных групп: моховидные, споровые сосудистые растения, семенные растения. Животные – многоклеточные гетеротрофные эукариоты с гаметической редукцией. Сложно дифференцированные ткани, органы и системы органов – лейтмотив эволюции животных. Наиболее важные особенности строения и жизненных циклов, приобретенные животными разных уровней организации (радиальные, билатеральные; первичнополостные, вторичнополостные; первичноротые, вторичноротые).
Тема 9. Молекулярные паразиты (2 ч)
Повторение: Невозможность строгого определения понятия “жизнь”.
Вирусы и бактериофаги как особая форма организации материи. Особености строения. Проникновение в клетку хозяина. Размножение (бактериофаги, ДНК-содержащие вирусы, РНК-содержащие вирусы). Гипотезы происхождения вирусов. Значение вирусов для теории и практики. Плазмиды и транспозоны, их возможная роль в эволюции клеток и организмов.Тема 10. История жизни (8 ч).
Повторение: Эволюция как изменение биологического разнообразия во времени.
Возникновение жизни. Основные теории происхождения жизни: креационизм, самозарождение, панспермия, биохимическая эволюция. Возможные пути эволюции пробионтов и возникновение первых клеток. Доказательства (свидетельства) эволюции. Универсальность молекулярной организации живого. Основные палеонтологические, географические, анатомические, эмбриологические и биохимические данные, свидетельствующие об эволюции. Успехи искусственного отбора. Микроэволюция. Роль мутационной и комбинативной изменчивости, отбора, дрейфа генов и изоляции. Макроэволюция. Градуализм или сальтационизм? Как возникают новые структуры и функции? Дупликация и дивергенция генов и геномов. Понятие о доменах белковой молекулы. Возможные механизмы комбинаторики доменов. Модульный принцип биологической эволюции. Значение регуляторных генов в макроэволюции. Направленность и необратимость эволюции. Биологический прогресс и регресс. Способы достижения биологического прогресса. Понятие об идиоадаптациях и ароморфозах. Основные ароморфозы в эволюции растений и животных. Проблема вымирания больших таксономических групп. Геохронология наиболее важных эволюционных событий.Тема 11. Структура биологии (1 ч)
Способы классификации биологических дисциплин:- по изучаемым объектам (зоология, ботаника, микробиология и т. д.); по уровням биологической организации (молекулярная биология, цитология, гистология, анатомия и морфология и т. д.); по изучаемым процессам (физиология, генетика, биология развития, этология, экология, теория эволюции и т. д.); по методологии (биофизика, биохимия, генетика и т. д.);
Возможная тематика семинарских занятий по курсу “Введение в биологию”
Что в биологии называется царством и сколько царств существует? История биологии за два часа (о некоторых наиболее важных «с точки зрения преподавателя» вехах в истории биологии) Вирусы – это “жизнь” или “нежить”? Мутуалистический симбиоз и кооперация – насколько они широко распространены (что в большей степени движет эволюционным развитием – конкуренция или альтруизм)? Малоизвестные парадоксы: как организмы превращаются в органы (колонии сифонофор, карликовые самцы, агрегации у бактерий и протистов, суперорганизмы социальных насекомых и др.) Иммунитет – борьба с “хорошим” чужим или с “плохим” своим? Когда, как и почему обезьяна превратилась в человека (“что” еще обезьяна и “кто” уже человек)? Пол, половой процесс и половое размножение. (Есть ли виды у которых существует более 2-х “полов”? Кто такие гермафродиты? Как может определяться пол? Что такое партеногенез, андрогенез, педогенез и др?) Почему на Земле периодически вымирают крупные группы организмов?
Рекомендуемая литература
1. Биология. М.”Мир”. 1990. В трех томах.
2. Дольник дитя биосферы. М. «Педагогика-Пресс»,1994.
3. гоистичный ген. М. “Мир”. 1993.
4. Введение в биологию. М., Мир, 1988
5. Медников : формы и уровни жизни. М., Просвещение, 1994
6. овременная ботаника. М., Мир, 1990
