ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ БИОЛОГИИ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖИЗНИ

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ
БИОЛОГИИ.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖИЗНИ
Тема:
1 Предмет и задачи биологии
2 Биологическая картина мира
3 Определение жизни
4 Свойства живых организмов
5 Уровни организации жизни
6 Возникновение жизни
lao
1
Биоло́гия


(с греческого βιολογία — βίος, биос, «жизнь»; λογία, -логия, «наука») — наука о жизни, одна из
естественных наук, предметом которой являются
живые существа и их взаимодействие с
окружающей средой.
изучает все аспекты жизни, в частности, структуру,
функционирование, рост, происхождение,
эволюцию и распределение живых организмов на
Земле. Классифицирует и описывает живые
существа, происхождение их видов,
взаимодействие между собой и с окружающей
средой.
lao
2
Биологические дисциплины

Анатомия — Альгология — Антропология — Бактериология —
Биогеография — Биогеоценология — Био инженерия —
Биоинформатика — Биология океана — Биология
развития — Биометрия — Бионика — — Биофизика —
Биохимия — Ботаника — Биомеханика — Биоценология — —
Вирусология — Генетика —Геномика - Геоботаника —
Гидробиология — Гистология — Дендрология — Зоология —
Иммунология — Ихтиология — Космическая биология —
Ксенобиология — Микология — Микробиология —
Молекулярная биология — Морфология — Нейробиология —
Палеонтология — Систематика — Таксономия —
Теоретическая биология — Токсикология — Фенология —
Физиология — Физиология ВНД — Физиология животных и
человека — Физиология растений — Цитология —
Эволюционное учение — Эмбриология — Эндокринология —
Энтомология — Этология
lao
3
Биологическая картина мира
складывается из пяти
фундаментальных принципов:
 клеточная




теория
эволюция (филогенез)
генетика
гомеостаз
энергия
lao
4
Клеточная теория


описывает строение клеток, их деление,
взаимодействие с внешней средой, состав
внутренней среды и клеточной оболочки,
механизм действия отдельных частей клетки и
их взаимодействия между собой.
Клеточная организация жизни: все живые
существа состоят из особых функциональных
единиц – клеток, но особое положение
занимают вирусы, не обладающие клеточным
строением.
lao
5
Эволюционное развитие (филогенез)
жизнь со временем изменяется и
развивается посредством эволюции,
все известные формы жизни на Земле
имеют общее происхождение
 Эволюционная история видов,
описывающая их изменения и
генеалогические отношения между
собой, называется филогенез

lao
6
УИЛЬЯМ ГАРВЕЙ :
 «все
из яйца»
«Omne vivum ex ovo», лат
Все живые существа на
Земле, как ныне живущие,
так и вымершие,
происходят от общего
предка или общей
совокупности генов
lao
7
ТЕОРИЯ ГЕНА


Признаки живых организмов передаются из
поколения в поколение генами, материальными
носителями которых являются молекулы
дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).
Информация о строении живых существ или генотип
используется клетками для формирования фенотипа
- наблюдаемых физических или биохимических
характеристик организма.
Генотип может изменяться в ответ на воздействия
среды только посредством эволюционного
процесса. Для всего живого характерно
наследование, когда отдельные признаки как правило
передаются в неизменном виде с помощью ДНК
lao
8
ГОМЕОСТАЗ

способность открытых систем
регулировать свою внутреннюю среду
так, чтобы поддерживать её
постоянство посредством множества
корректирующих воздействий,
направляемых регуляторными
механизмами.

в меняющихся условиях среды живая система
сохраняет относительное внутреннее постоянство
своего состава и свойств - гомеостаз (от греческих
homoios - подобный, одинаковый и stasis - состояние).
lao
9

Саморегуляция происходит на всех уровнях
организации биологических систем - от
молекулярно-генетического до биосферного.
Поэтому проблема гомеостаза в биологии
носит междисциплинарный характер.
Внутриклеточный гомеостаз изучают
цитология и молекулярная биология,
организменный - физиология животных и
физиология растений, экосистемный экология. Здесь же отметим, что для
поддержания гомеостаза во всех системах
используются кибернетические принципы
саморегулирующихся систем.
lao
10
ЭНЕРГИЯ
Выживание любого организма зависит от
постоянного притока энергии. Энергия
черпается из веществ, которые служат пищей,
и посредством специальных химических
реакций используется для построения и
поддержания структуры и функций клеток. В
этом процессе молекулы пищи используются
как для извлечения энергии, так и для синтеза
биологических молекул собственного
организма.
lao
11
Основные свойства живых организмов







Единство химического состава
Клеточная организация.
Обмен веществ и энергии.
Наличие
регуляторных
систем
и
раздражимости.
Наследование и непрерывность видовой
специфичности.
Обмен веществ и энергии.
Эволюционное
и индивидуальное
развитие.
lao
12
Зона обитаемости для человека
относительно различных звёзд
lao
13
Биологическое определение жизни:




Биологи́ческая жизнь — это особое состояние материи,
отличающее биологические организмы от неорганических
объектов, то есть неживых, мёртвых организмов, достигаемое
за счёт следующих процессов: поведение, метаболизм, рост,
размножение, развитие, гомеостаз.
Биологи́ческая жизнь — период существования
биологического организма (от момента появления до его
смерти).
Жизнь — это особый вид материального взаимодействия
генетических объектов, которые осуществляют синтез себе
подобных генетических объектов.
Жизнь — это открытые саморегулирующиеся
и самовоспроизводящиеся системы
совокупностей живых организмов,
построенные из сложных биологических
полимеров — белков и нуклеиновых кислот.
lao
14
Химико-физическая модель
жизни:

Жизнь — преобладание процессов синтеза
над процессами распада, пул
энергопотребляющих процессов изменения
вещества и других объектов физической
химии, в которых различимы два цикла (во
времени): цикл регенерации необходимых
веществ, цикл регенерации механизма
регенерации вещества.
lao
15
Химико-волновая модель жизни:

Жизнь — это химическая волна, то есть
многомерная каталитическая циклическая
химическая реакция. В каждый момент времени её
существования, называемом временем жизни, в
каждой отдельной нити реакции на любом уровне
масштаба рассмотрения от молекул до классов
живых организмов можно выделить три
материальных элемента: ресурс, катализатор,
результат.
lao
16
Кибернетическая
(информационная) модель жизни:

Жизнь — это кибернетическая структура, реализующая
специфические информационные функции : память, системы
кодирования, записи, передачи, приема, декодирования и
интерпретации (исполнения) управляющей информации,
собственный внутренний язык — систему сигналов, свойств и
методов. Способность "слушать" и "говорить" на внутреннем языке
(обрабатывать сигналы, выполняя информационные функции)
Наблюдаемые в естественной среде т.н. биологические формы
жизни могут также в определенных внешних условиях
реплицироваться (репродуцироваться) т.е. Жизнь — это
виртуальный объект, НЕ связанный с конкретным материальным
предметом-носителем, по законам кибернетики, обладающий
свойствами инвариантности своего описания (возможность
копирования информации об объекте от одного материального
носителя к другому) и изофункциональности интерпретации этого
описания (осуществления функции организма) в произвольной
среде.
lao
17
Энтропийно-эволюционная
модель жизни

Жизнь — это турбуленция в потоке
информации-энтропии в процессе
расширения Вселенной, повышающем
энтропию пространства при
трансформации её в энтропию времени.
lao
18
Термодинамическая модель жизни

Жизнь — процесс одностороннего обмена
информацией о структуре между
ограниченной частью материальной системы
и её окружением, использующий эффект
односторонней проводимости мембран.
lao
19
Технологическое определение
жизни:

Жизнь биологическая — белковые
тела, способные самостоятельно
управлять синтезом или модификацией
белка.
lao
20

Теологическая модель жизни
Жизнь — чудесное свойство, независящее от
материи, даваемое и отбираемое у материи
Богом. Различают конечную (во времени) жизнь
тела и бесконечную жизнь души. Живой
организм — это такой, в теле которого
существует душа. Жизнь души изменчива.
Живой организм умирает вместе со своим
телом. Поступки, совершаемые живым
организмом в течение жизни, влияют на
дальнейшую судьбу души. Создать жизнь —
означает создать тело и вдохнуть в него душу.
lao
21
Жизнь
с
точки
зрения
Каббалы
 В Каббале жизнь означает наполнение души человека

светом Творца Чем больше желание получать огрубляется и
увеличивается, тем больше оно удаляется от Творца. Это
происходит до тех пор, пока не доходит до самого низкого
места, где желание получать достигает максимального
размера. Это состояние является желательным и
необходимым для начала подъема, то есть исправления. Это
место называется «мир Асия». В этом мире желание
получать называется «телом человека», а шефа, свет,
называется «жизнью человека» (Бааль Сулам, Введение в
Каббалу). Существование в нашем мире не считается
жизнью.
Жизнь — это самостоятельное создание
человеком из себя образа Творца.
lao
22

Философское определение:
Жизнь — это идеальная форма существования
материи, способная случайно (по своему желанию)
воздействовать на материю и подстраивать для себя
причинно-следственные связи (адаптироваться).
Известная нам земная форма жизни возникла как
результат эволюции полимерных соединений
углерода и представлена разнообразными
организмами, каждый из которых представляет
собой индивидуальную целостную систему,
обладающую: сложной структурой и обменом
веществ, определенным порядком взаимосвязанных
биохимических реакций.
lao
23
Ф. Энгельс:
 "Жизнь
есть способ существования
белковых тел, и этот способ
существования состоит по своему
существу в постоянном самообновлении
химических составных частей этих тел".
При прекращении процесса обмена веществ
между живыми организмами и окружающей
средой белки распадаются, и жизнь исчезает.
lao
24
М. В. Волькенштейн:
 "Живые
тела, существующие на
Земле, представляют собой
открытые, саморегулирующиеся и
самовоспроизводящиеся системы,
построенные из биополимеров —
белков и нуклеиновых кислот"
lao
25
Современная трактовка
 Жизнь
— это открытые
саморегулирующиеся и
самовоспроизводящиеся
системы совокупностей живых
организмов, построенные из
сложных биологических
полимеров - белков и
нуклеиновых кислот
lao
26
Уровни организации жизни
 Молекулярно-генетический
 Клеточный
уровень.
 Организменный уровень
 Популяционно-видовой уровень
 Биогеоценотический уровень
 Биосферный уровень
lao
27
УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ жизни
Уровни
Подуровни
Молекулярногенетический
Органическая молекула
Макромолекула, в том числе ген
Макромолекулярный комплекс,
в том числе вирус
Органоид клетки
Онтогенетический
Клетка
Ткань
Орган
Организм
Популяционно-видовой
Популяция
Вид
Биогеоценотический
Сообщество, биоценоз
Биогеоценоз
Биосфера
lao
28
МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ
УРОВЕНЬ
Структура основных макромолекул
lao
29
МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ
Структура основных макромолекул
lao
30
МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ
Макромолекулы объединяются в
макромолекулярные комплексы, или в
особые структуры, называемые
органоидами клетки
 Макромолекулы и их комплексы,
гены, клеточные органоиды отвечают
за отдельные свойства жизни наследственность, синтезы, движение,
энергетический обмен и др., но эти
свойства могут проявляться только в
системе целостной клетки.

lao
31
отдельные молекулярногенетические структуры не
обеспечивают того
критического уровня
сложности, который можно
было бы назвать
полноценной жизнью
lao
32
lao
33
ОНТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ
клетка является наименьшей, то
есть элементарной живой
системой, так как ей присущи
все свойства живого
организма, свойства жизни
как явления. Клетка способна
питаться, поглощать энергию,
синтезировать вещества,
двигаться, реагировать на
раздражители, размножаться,
приспосабливаться и д.т.
lao
34
Тип Ресничные, CILIATA
Euplotis potella

lao
•Vorticella
35
Тип Sarcomastigophora КлассMastigophora Подкласс
Zoomastigina
отряд Diplomonadida

Лямблии в крови:
зеленые шарики клетки
лямблий

Lamblia intestinalis
lao
Lamblia intestinalis паразит
желчных протоков,
двенадцатиперстной и
тонкой кишок
человека.Лямблии,
попадая в задний отдел
кишечника, сбрасывают
жгутики и выделяют
толстую оболочку,
превращаясь в цисту.
36
Тип Sarcomastigophora
Класс Sarcodina (Соркодовые)
подкласс Корненожки (Rizopoda)
Отряд Amoebina
(голые амебы)
Amoeba proteus
lao
37
Тип Sarcomastigophora
Класс Жгутиконосцы
Mastigophora
Подкласс Phytomastigina
1- жгутик;
2- стигма(глазок);
3 –ротовое отверстие;
4 – цитоплазма;
5 – ядро.
lao
38
Отличительные признаки
многоклеточных


1. дифференциация клеток Metazoa по
строению и по функциям и утрата ими своей
самостоятельности
наличие сложного индивидуального
развития (онтогенеза)
lao
39
Ткани - системы клеток и
межклеточного вещества,
сложившиеся в процессе эволюции и
выполняющие в организме
определенные функции




а) эпителиальная
б) соединительная
в) мышечная ткань
г) нервная ткань
lao
40
Эпителиальная ткань
Мерцательный эпителий
Плоский эпителий
Кубический эпителий
Многослойный эпителий
Цилиндрический эпителий
lao
41
Псевдомногослойный эпителий
СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ТКАНЬ
1 - клетки хряща (хондроциты)
2 - межклеточное вещество хряща
1 - фибробласты
2 - коллагеновые волокна
3 - эластические волокна
Волокнистый хрящ
межпозвонкового диска
СУХОЖИЛИЕ
Жировые клетки
Пластинчатая кость
Грубоволокнистая кость
lao
ОСТЕОЦИТЫ
42
Белая жировая ткань
Соединительная
ткань: кровь
Красные кровяные клетки, тромбоциты и Tлимфоциты
(эритроциты = красный цвет, тромбоциты =
желтый; T-лимфоциты = зеленый)
(SEM x 9,900) This image is copyright Dennis Kunkel
lao
Свертывание крови, формирование сгустка
This image is copyright Dennis Kunkel
43
МЫШЕЧНАЯ ТКАНЬ
В организмах
высших
животных она
составляет до
40 % массы тела
Продольные срезы
поперечно-полосатой, гладкой и сердечной
мышцы
lao
44
НЕРВНАЯ ТКАНЬ
lao
45
СИСТЕМЫ ОРГАНОВ -это
связанные по выполняемым
функциям органы








1. Покровы.
2. Органы дыхания.
3. Нервная система и органы чувств.
4. Органы пищеварения.
5. Кровеносная система.
6. Железы внутренней секреции.
7. Органы выделения.
8. Органы размножения.
lao
46
lao
47
lao
48
ОНТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ
Ткани и органы представляют
основные промежуточные подуровни
между клеткой и организмом
 многоклеточный организм, как и
отдельная клетка, представляет
законченный и устойчивый уровень
биологической организации. Организм,
или особь, способен к
самостоятельному существованию,
размножению и развитию

lao
49
ПОПУЛЯЦИОННО-ВИДОВОЙ УРОВЕНЬ


Вид - совокупность особей (организмов),
обладающих наследственным сходством по
морфологическим, физиологическим,
генетическим, эколого-географическим
признакам, способных свободно скрещиваться и
давать плодовитое потомство,
характеризующееся теми же признаками
Каждый вид занимает на Земле определенный
ареал - территорию или акваторию (экологогеографический критерий вида).
lao
50
ПОПУЛЯЦИОННО-ВИДОВОЙ УРОВЕНЬ

Популяция - некоторая изолированная
совокупность особей одного вида, длительное
время населяющая определенный ареал и
способная к свободному скрещиванию. Кроме
ареала популяция имеет и определенную
экологическую нишу.

ареал - это адрес популяции,
экологическая ниша - ее образ жизни:
состав пищи, враги, водный режим, ярус леса
и т.п.
lao
51
Биогеоценотический уровень

Сообщество - совокупность популяций
разных видов на определенной территории:
растительное сообщество - фитоценоз,
сообщество животных - зооценоз,
микроорганизмов - микробоценоз.
lao
52
Термин экосистема
предложен английским
экологом Артуром Тенсли
lao
53
Природная
экосистема,
занимающая
определенную
территорию (или
акваторию) с
однородными
условиями -
Биогеоценоз
(греч.: bio-, ge Земля и koinos общий),
термин предложен
русским экологом и
ботаником
Владимиром
Николаевичем
Сукачевым
биотоп
почва
(грунт)
атмосфе
ра
водоемы, грунтовые воды
биоценоз
фитоцен
оз
зооценоз
микробиоценоз
lao
54
совокупность всех совместно обитающих
сообществ разных видов, представленных на
ареале отдельными популяциями, образует
высшее сообщество - биоценоз.
lao
55
БИОГЕОЦЕНОТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ


Совокупность неживых (абиотических)
факторов среды обитания сообществ
обозначается как биотоп (дословно - место
жизни).
Неживая среда и населяющий ее биоценоз
обмениваются веществом и энергией, находятся
в тесном взаимодействии, поэтому биотоп и
биоценоз складываются в единую систему биогеоценоз.
lao
56
Биогеоценозы - это естественные (природные)
экосистемы: лесные, степные, болотные, озерные,
речные, морские и др.
морские
Степь
Пустыня
lao
57
Биогеоценотический
уровень
 Владимир Иванович Вернадский (1863-1945):


живой и неживой мир нашей планеты един,
организмы и компоненты среды связаны обменом
(круговоротом) веществ и энергии.
Высшим экосистемным объединением на Земле
является биосфера - земная оболочка,
населенная живыми существами
Ноосфера - биосфера, преобразованная
разумной деятельностью людей, которая становится
все более важным фактором ее необратимой
эволюции.
lao
58
биосфера
Популяция
биогеоценоз
Особь (организм)
особь
биоценоз
lao
59
Живые системы имеют разную степень сложности от молекул до биосферы - и представляют в
совокупности многоступенчатую иерархию уровней
организации. Каждый уровень организации жизни
имеет свои специфические свойства, закономерности
структуры, функции, развития, приобретает новые
качественные характеристики. Принципиальный
качественный скачок наблюдается при переходе от
макромолекулярных комплексов к клеткам появляется качество жизни как свойство
определенного уровня сложности
материи. Наиболее устойчивыми живыми
системами являются клетка, организм,
биогеоценоз.
lao
60
Литература по теме
 Пехов
А.П. Биолгия с основами
экологии: Учебник. 5е изд., стер. –
Изд-во «Лань», 2005. -688с.: стр.10-26,
101-115
 Грин Н., Стаут У., Тейлор Д.
Биология: в 3-х т./Пер. с англ.//Под
ред. Р.Сопера. – М.: Мир, 1993. –
368с.(1т.); 325с.(2т.);376с.(3т.): Том 1,
стр. 11-12; 343-358
lao
61