Биологията като наука

Биология(от гръцки. биос- живот, лога- дума, наука) е комплекс от науки за дивата природа.

Предмет на биологията са всички прояви на живота: структурата и функциите на живите същества, тяхното разнообразие, произход и развитие, както и взаимодействието с околната среда. Основната задача на биологията като наука е да интерпретира всички явления на живата природа на научна основа, като се има предвид, че целият организъм има свойства, които са коренно различни от неговите компоненти.

Терминът "биология" се среща в трудовете на немските анатоми T. Roose (1779) и K. F. Burdach (1800), но едва през 1802 г. той е използван за първи път независимо от J. B. Lamarck и G. R. Treviranus за обозначаване на науката който изучава живи организми.

Биологични науки

Понастоящем биологията включва редица науки, които могат да бъдат систематизирани по следните критерии: по предмет и преобладаващи методи на изследване и по ниво на организация на изучаваната жива природа. Според предмета на изследване биологичните науки се делят на бактериология, ботаника, вирусология, зоология, микология.

ботаникае биологична наука, която изучава изчерпателно растенията и растителната покривка на Земята. зоология- клон на биологията, науката за разнообразието, структурата, живота, разпространението и връзката на животните с околната среда, техния произход и развитие. бактериология- биологична наука, която изучава структурата и жизнената дейност на бактериите, както и тяхната роля в природата. вирусологияе биологичната наука, която изучава вирусите. Основният обект на микологията са гъбичките, тяхната структура и характеристики на живот. Лихенология- биологична наука, която изучава лишеите. Бактериологията, вирусологията и някои аспекти на микологията често се разглеждат като част от микробиологията - клон на биологията, науката за микроорганизмите (бактерии, вируси и микроскопични гъбички). Систематика или таксономия, е биологична наука, която описва и класифицира в групи всички живи и изчезнали същества.

От своя страна всяка от изброените биологични науки се подразделя на биохимия, морфология, анатомия, физиология, ембриология, генетика и таксономия (на растения, животни или микроорганизми). биохимияе науката за химичен съставжива материя, химични процеси, протичащи в живите организми и лежащи в основата на тяхната жизнена дейност. Морфология- биологична наука, която изучава формата и структурата на организмите, както и закономерностите на тяхното развитие. В широк смисъл включва цитология, анатомия, хистология и ембриология. Разграничаване на морфологията на животните и растенията. Анатомия- Това е клон на биологията (по-точно морфологията), наука, която изучава вътрешната структура и формата на отделните органи, системи и тялото като цяло. Анатомията на растенията се счита за част от ботаниката, анатомията на животните се счита за част от зоологията, а анатомията на човека е отделна наука. Физиология- биологична наука, която изучава процесите на жизнената дейност на растителните и животинските организми, техните отделни системи, органи, тъкани и клетки. Има физиология на растенията, животните и хората. Ембриология (биология на развитието)- раздел биология, наука за индивидуално развитиеорганизъм, включително развитието на ембриона.

обект генетикаса модели на наследственост и вариабилност. В момента това е една от най-динамично развиващите се биологични науки.

Според нивото на организация на изследваната жива природа се разграничават молекулярната биология, цитологията, хистологията, органологията, биологията на организмите и надорганичните системи. Молекулярната биология е един от най-младите клонове на биологията, наука, която изучава по-специално организацията на наследствената информация и биосинтеза на протеини. Цитология или клетъчна биология, е биологична наука, чийто обект на изследване са клетките както на едноклетъчните, така и на многоклетъчните организми. Хистология- биологична наука, раздел на морфологията, чийто обект е структурата на тъканите на растенията и животните. Областта на органологията включва морфологията, анатомията и физиологията на различни органи и техните системи.

Биологията на организмите включва всички науки, които се занимават с живи организми, напр. етологиянауката за поведението на организмите.

Биологията на надорганичните системи се подразделя на биогеография и екология. Изучава разпространението на живите организми биогеография, докато екология- организация и функциониране на надорганичните системи на различни нива: популации, биоценози (съобщества), биогеоценози (екосистеми) и биосфера.

Според преобладаващите методи на изследване могат да се разграничат описателна (например морфология), експериментална (например физиология) и теоретична биология.

Идентифициране и обяснение на закономерностите на устройството, функционирането и развитието на дивата природа на различни ниванеговата организация е задача обща биология . Тя включва биохимия, молекулярна биология, цитология, ембриология, генетика, екология, еволюционна наука и антропология. еволюционна доктринаизучава причините движещи сили, механизми и общи закономерности на еволюция на живите организми. Един от нейните раздели е палеонтология- наука, предмет на която са изкопаемите останки от живи организми. Антропология- раздел от общата биология, науката за произхода и развитието на човека като биологичен вид, както и разнообразието от популации на съвременния човек и моделите на тяхното взаимодействие.

Приложните аспекти на биологията са отнесени към областта на биотехнологиите, селекцията и други бързо развиващи се науки. БиотехнологияНаречен биологична наукакоято изучава използването на живи организми и биологични процеси в производството. Намира широко приложение в хранително-вкусовата (пекарство, сирене, пивоварство и др.) и фармацевтичната промишленост (получаване на антибиотици, витамини), за пречистване на вода и др. Избор- науката за методите за създаване на породи домашни животни, сортове културни растения и щамове на микроорганизми с необходимо на човекИмоти. Под подбор се разбира и процесът на промяна на живите организми, осъществяван от човека за неговите нужди.

Напредъкът на биологията е тясно свързан с успеха на други природни и точни науки, като физика, химия, математика, компютърни науки и др. Например микроскопията, ултразвукът (ултразвук), томографията и други процеси, протичащи в живите системи, биха били невъзможно без използването на химически и физични методи. Използването на математически методи позволява, от една страна, да се установи наличието на редовна връзка между обекти или явления, да се потвърди надеждността на получените резултати, а от друга страна, да се моделира явление или процес. Напоследък компютърните методи, като моделирането, придобиват все по-голямо значение в биологията. На пресечната точка на биологията и другите науки възникват редица нови науки като биофизика, биохимия, бионика и др.

Постижения в биологията

Най-важните събития в областта на биологията, повлияли върху целия ход на нейното по-нататъшно развитие, са: установяването на молекулярната структура на ДНК и нейната роля в предаването на информация в живата материя (F. Crick, J. Watson, M. Уилкинс); дешифриране на генетичния код (R. Holly, H. G. Koran, M. Nirenberg); откриването на структурата на гена и генетичната регулация на протеиновия синтез (A. M. Lvov, F. Jacob, J. L. Monod и др.); формулиране на клетъчната теория (M. Schleiden, T. Schwann, R. Virchow, K. Baer); изследване на моделите на наследственост и вариабилност (G. Mendel, H. de Vries, T. Morgan и др.); формулиране на принципите на съвременната систематика (К. Линей), еволюционната теория (Ч. Дарвин) и учението за биосферата (В. И. Вернадски).

Значението на откритията от последните десетилетия все още не е оценено, но най-значимите постижения на биологията са признати като: дешифриране на генома на човека и други организми, определяне на механизмите за контролиране на потока от генетична информация в клетката и развиващия се организъм, механизмите за регулиране на клетъчното делене и смъртта, клонирането на бозайници и откриването на патогени „луда крава (приони).

Работата по програмата "Човешки геном", която се извършваше едновременно в няколко страни и беше завършена в началото на този век, ни накара да разберем, че човек има около 25-30 хиляди гена, но информация от по-голямата част от нашата ДНК никога не се чете , тъй като съдържа огромен брой секции и гени, кодиращи функции, които са загубили своето значение за хората (опашка, окосмяване по тялото и т.н.). Освен това са дешифрирани редица гени, отговорни за развитието на наследствени заболявания, както и гени-мишени за лекарства. въпреки това практическа употребарезултатите, получени по време на изпълнението на тази програма, се отлагат, докато се дешифрират геномите на значителен брой хора и тогава става ясно каква е тяхната разлика. Тези цели са поставени пред редица водещи лаборатории по света, работещи по внедряването на програмата ENCODE.

Биологичните изследвания са в основата на медицината, фармацията и се използват широко в селското стопанство, горското стопанство, хранително-вкусовата промишленост и други отрасли на човешката дейност.

Добре известно е, че само „зелената революция“ от 50-те години на миналия век даде възможност поне частично да се реши проблемът с осигуряването на бързо нарастващото население на Земята с храна и животновъдството с фуражи чрез въвеждането на нови сортове растения и напреднали технологии за тяхното отглеждане. Поради факта, че генетично програмираните свойства на селскостопанските култури са почти изчерпани, по-нататъшното решаване на хранителния проблем е свързано с широкото въвеждане в производството на генетично модифицирани организми.

Производството на много хранителни продукти, като сирена, кисели млека, колбаси, хлебни изделия и др., също е невъзможно без използването на бактерии и гъбички, което е предмет на биотехнологията.

Познаването на природата на патогените, процесите на протичане на много заболявания, механизмите на имунитета, законите на наследствеността и променливостта позволиха значително да се намали смъртността и дори напълно да се изкоренят редица заболявания, като едра шарка. С помощта на най-новите постижения на биологичната наука се решава и проблемът с възпроизводството на човека.

Значителна част от съвременните лекарства се произвеждат на базата на естествени суровини, а също и благодарение на успеха на генното инженерство, като инсулинът, който е толкова необходим за пациенти със захарен диабет, се синтезира главно от бактерии, които са пренесли съответните ген.

Не по-малко важни са и биологичните изследвания за опазването заобикаляща средаи разнообразието от живи организми, заплахата от изчезване на които поставя под въпрос съществуването на човечеството.

Най-голямо значение сред постиженията на биологията е фактът, че те дори са в основата на изграждането на невронни мрежи и генетичния код в компютърните технологии, а също така са широко използвани в архитектурата и други индустрии. Без съмнение 21-ви век е векът на биологията.

Методи за познаване на дивата природа

Както всяка друга наука, биологията има свой арсенал от методи. В допълнение към научния метод на познание, който се използва в други отрасли, в биологията широко се използват методи като исторически, сравнително описателен и др.

Научният метод на познание включва наблюдение, формулиране на хипотези, експеримент, моделиране, анализ на резултатите и извеждане на общи закономерности.

Наблюдение- това е целенасочено възприемане на предмети и явления с помощта на сетивни органи или инструменти, поради задачата на дейност. Основното условие за научното наблюдение е неговата обективност, тоест възможността за проверка на данните, получени чрез многократно наблюдение или използването на други изследователски методи, като експеримент. Получените в резултат на наблюдение факти се наричат данни. Те могат да бъдат като качество(описване на мирис, вкус, цвят, форма и т.н.) и количествен, а количествените данни са по-точни от качествените.

Въз основа на данните от наблюдения формулираме хипотеза- хипотетична преценка за закономерната връзка на явленията. Хипотезата е проверена в поредица от експерименти. експериментнаречен научно-поставен опит, наблюдението на изследваното явление при контролирани условия, позволяващи да се идентифицират характеристиките на този обект или явление. Най-висшата форма на експериментиране е моделиране- изучаване на всякакви явления, процеси или системи от обекти чрез изграждане и изучаване на техни модели. По същество това е една от основните категории на теорията на познанието: всеки метод се основава на идеята за моделиране. научно изследванекакто теоретични, така и експериментални.

Резултатите от експеримента и симулацията се подлагат на задълбочен анализ. Анализнаречен метод на научно изследване чрез разлагане на обект на съставни части или умствено разчленяване на обект чрез логическа абстракция. Анализът е неразривно свързан със синтеза. Синтез- това е метод за изучаване на предмета в неговата цялост, в единството и взаимосвързаността на неговите части. В резултат на анализ и синтез, най-успешната изследователска хипотеза става работна хипотеза, и ако може да устои на опитите да го опровергае и все пак успешно да предскаже необясними по-рано факти и взаимоотношения, тогава може да се превърне в теория.

Под теорияразбират такава форма на научно познание, която дава холистичен поглед върху моделите и съществените връзки на реалността. Общата посока на научните изследвания е постигане на по-високи нива на предсказуемост. Ако никакви факти не могат да променят една теория и отклоненията от нея, които се случват, са редовни и предвидими, тогава тя може да бъде издигната до ранга закон- необходима, съществена, устойчива, повтаряща се връзка между явления в природата.

Тъй като обемът на знанията се увеличава и методите на изследване се подобряват, хипотезите и утвърдените теории могат да бъдат оспорени, модифицирани и дори отхвърлени, тъй като самото научно познание е динамично по природа и постоянно подлежи на критично преосмисляне.

исторически методразкрива закономерностите на появата и развитието на организмите, формирането на тяхната структура и функция. В някои случаи този метод нов животпридобиват хипотези и теории, които преди са били считани за неверни. Така например се случи с предположенията на Чарлз Дарвин за естеството на предаването на сигнал през централата в отговор на влиянието на околната среда.

Сравнителен описателен методпредвижда анатомичен и морфологичен анализ на обектите на изследване. Той е в основата на класификацията на организмите, идентифицирайки моделите на възникване и развитие на различни форми на живот.

Мониторинг- това е система от мерки за наблюдение, оценка и прогнозиране на промените в състоянието на изследвания обект, по-специално биосферата.

Провеждането на наблюдения и експерименти често изисква използването на специално оборудване, като микроскопи, центрофуги, спектрофотометри и др.

Микроскопията се използва широко в зоологията, ботаниката, човешката анатомия, хистологията, цитологията, генетиката, ембриологията, палеонтологията, екологията и други клонове на биологията. Позволява ви да изучавате фината структура на обектите с помощта на светлинни, електронни, рентгенови и други видове микроскопи.

Устройство за светлинен микроскоп. Светлинният микроскоп се състои от оптична и механична части. Първият включва окуляра, обективите и огледалото, а вторият включва тръбата, статива, основата, сцената и винта.

Общото увеличение на микроскопа се определя по формулата:

увеличение на обектива $×$ увеличение на окуляра $-$ увеличение на микроскопа.

Например, ако лещата увеличава обекта с $8$, а окулярът с $7$, тогава общото увеличение на микроскопа е $56$.

Диференциално центрофугиране, или фракциониране,позволява разделяне на частици според техния размер и плътност под действието на центробежна сила, който се използва активно при изследване на структурата на биологичните молекули и клетки.

Арсеналът от биологични методи се актуализира непрекъснато и в момента е практически невъзможно да се покрие напълно. Ето защо някои от методите, използвани в отделните биологични науки, ще бъдат разгледани по-нататък.

Ролята на биологията във формирането на съвременната природонаучна картина на света

На етапа на формиране биологията все още не е съществувала отделно от другите природни науки и е била ограничена само до наблюдение, изучаване, описание и класификация на представители на животните и флора, тоест беше описателна наука. Това обаче не попречи на древните естествоизпитатели Хипократ (ок. 460-377 г. пр. н. е.), Аристотел (384-322 г. пр. н. е.) и Теофраст (истинско име Тиртам, 372-287 г. пр. н. е.) да дадат значителен принос за развитието на идеи за структурата на човешкото и животинското тяло, както и за биологичното разнообразие на животните и растенията, като по този начин се полагат основите на човешката анатомия и физиология, зоология и ботаника.

Задълбочаването на знанията за живата природа и систематизирането на натрупаните по-рано факти, случило се през 16-18 век, кулминира с въвеждането на бинарна номенклатура и създаването на съгласувана таксономия на растенията (C. Linnaeus) и животните (J. B. Lamarck) .

Описанието на значителен брой видове със сходни морфологични особености, както и палеонтологични находки, станаха предпоставка за развитието на представите за произхода на видовете и пътищата на историческото развитие. органичен свят. Така експериментите на F. Redi, L. Spallanzani и L. Pasteur през 17-19 век опровергават хипотезата за спонтанно спонтанно зараждане, изложена от Аристотел и съществувала през Средновековието, както и теорията за биохимичната еволюция от A.I. Oparin и Дж. Халдейн, блестящо потвърден от С. Милър и Г. Юри, направи възможно да се отговори на въпроса за произхода на всички живи същества.

Ако процесът на възникване на живите същества от неживи компоненти и неговата еволюция сами по себе си вече не пораждат съмнения, то механизмите, пътищата и насоките на историческото развитие на органичния свят все още не са напълно изяснени, тъй като нито едно от двете Основните конкуриращи се теории на еволюцията (синтетичната теория на еволюцията, създадена на базата на теорията на Ч. Дарвин и теорията на Дж. Б. Ламарк) все още не могат да предоставят изчерпателни доказателства.

Използването на микроскопия и други методи на сродните науки, поради напредъка в областта на други природни науки, както и въвеждането на експериментална практика, позволи на немските учени Т. Шван и М. Шлайден да формулират клетъчна теория още в 19 век, по-късно допълнен от Р. Вирхов и К. Баер. Тя се превърна в най-важното обобщение в биологията, което формира крайъгълния камък на съвременните идеи за единството на органичния свят.

Откриването на моделите на предаване на наследствена информация от чешкия монах Г. Мендел послужи като тласък за по-нататъшното бързо развитие на биологията през XX-XXI век и доведе не само до откриването на универсалния носител на наследствеността - ДНК, но също и генетичния код, както и основните механизми за контрол, четене и променливост на наследствената информация.

Развитието на идеите за околната среда доведе до появата на такава наука като екологията и формулирането учението за биосфератакато сложна многокомпонентна планетарна система от взаимосвързани огромни биологични комплекси, както и химически и геоложки процеси, протичащи на Земята (V. I. Vernadsky), което в крайна сметка позволява поне малка степен да се намали Отрицателни последицичовешката икономическа дейност.

Така биологията изигра важна роля във формирането на съвременната природонаучна картина на света.

Организация на ниво и еволюция. Основните нива на организация на живата природа: клетъчно, организмено, популационно-видово, биогеоценотично, биосферно. Биологични системи. Общи характеристики на биологичните системи: клетъчна структура, химичен състав, метаболизъм и преобразуване на енергия, хомеостаза, раздразнителност, движение, растеж и развитие, размножаване, еволюция

Организация на ниво и еволюция

Живата природа не е хомогенна формация, подобна на кристал, тя е представена от безкрайно разнообразие от съставляващи я обекти (сега са описани само около 2 милиона вида организми). В същото време това разнообразие не е доказателство за хаоса, който цари в него, тъй като организмите имат клетъчна структура, организмите от един и същи вид образуват популации, всички популации, живеещи на една и съща земя или вода, образуват общности и във взаимодействие с тела от нежива природа образуват биогеоценози., които от своя страна съставляват биосферата.

Така живата природа е система, чиито компоненти могат да бъдат подредени в строг ред: от най-ниското до най-високото. Този принцип на организация прави възможно отделянето на индивида ниваи дава цялостен поглед върху живота като а природен феномен. На всяко ниво на организация се дефинират елементарна единица и елементарен феномен. Като елементарна единицаразгледайте структура или обект, чиито промени представляват специфичен принос за съответното ниво към процеса на запазване и развитие на живота, докато самата тази промяна е елементарен феномен.

Образуването на такава многостепенна структура не би могло да се случи незабавно - това е резултат от милиарди години историческо развитие, по време на което е имало прогресивно усложняване на формите на живот: от комплекси от органични молекули до клетки, от клетки до организми, и т.н. Веднъж възникнала, тази структура запазва своето съществуване поради сложна система на регулиране и продължава да се развива, като на всяко ниво на организация на живата материя се случват съответни еволюционни трансформации.

Основните нива на организация на дивата природа: клетъчно, органично, популационно-видово, биогеоценотично, биосферно

Понастоящем съществуват няколко основни нива на организация на живата материя: клетъчно, органично, популационно-видово, биогеоценотично и биосферно.

Клетъчно ниво

Въпреки че проявите на някои свойства на живите същества вече се дължат на взаимодействието на биологични макромолекули (протеини, нуклеинови киселини, полизахариди и др.), въпреки това единицата на структурата, функциите и развитието на живите същества е клетка, която е в състояние да осъществява и съпоставя процесите на реализация и предаване на наследствена информация с метаболизма и преобразуването на енергия, като по този начин осигурява функционирането на по-високи нива на организацията. Елементарната единица на клетъчното ниво на организация е клетката, а елементарният феномен е реакцията на клетъчния метаболизъм.

Ниво на организма

организъме цялостна система, способна да съществува самостоятелно. Според броя на клетките, които изграждат организмите, те се делят на едноклетъчни и многоклетъчни. Клетъчното ниво на организация при едноклетъчните организми (обикновена амеба, зелена еуглена и др.) съвпада с нивото на организма. Имаше период в историята на Земята, когато всички организми бяха представени само от едноклетъчни форми, но те осигуряваха функционирането както на биогеоценозите, така и на биосферата като цяло. Повечето многоклетъчни организми са представени от комбинация от тъкани и органи, които от своя страна също имат клетъчна структура. Органите и тъканите са приспособени да изпълняват определени функции. Елементарната единица на това ниво е индивид в неговото индивидуално развитие или онтогенеза, следователно нивото на организма се нарича още онтогенетичен. Елементарно явление от това ниво са измененията в организма в неговото индивидуално развитие.

Ниво популация-вид

население- това е съвкупност от индивиди от един и същи вид, свободно кръстосващи се помежду си и живеещи отделно от други подобни групи индивиди.

В популациите има свободен обмен на наследствена информация и предаването й на потомци. Популацията е елементарната единица на ниво популация-вид, а елементарният феномен в този случай са еволюционни трансформации, като мутации и естествен подбор.

Биогеоценотично ниво

Биогеоценозае историческа общност от популации различни видовевзаимосвързани помежду си и околната среда чрез обмен на материя и енергия.

Биогеоценозите са елементарни системи, в които се осъществява материално-енергийният цикъл, дължащ се на жизнената дейност на организмите. Самите биогеоценози са елементарни единици от дадено ниво, докато елементарните явления са енергийните потоци и циркулацията на веществата в тях. Биогеоценозите съставляват биосферата и определят всички процеси, протичащи в нея.

биосферно ниво

Биосфера- черупката на Земята, обитавана от живи организми и трансформирана от тях.

Биосферата е най-много високо нивоорганизация на живота на планетата. Тази обвивка покрива долната част на атмосферата, хидросферата и горен слойлитосфера. Биосферата, както всички други биологични системи, е динамична и активно трансформирана от живите същества. Самата тя е елементарна единица на биосферното ниво и като елементарен феномен те разглеждат процесите на циркулация на вещества и енергия, които протичат с участието на живи организми.

Както бе споменато по-горе, всяко от нивата на организация на живата материя допринася за един-единствен еволюционен процес: клетката не само възпроизвежда присъщата наследствена информация, но и я променя, което води до появата на нови комбинации от признаци и свойства на организма. , които от своя страна са подложени на действието на естествения подбор на ниво популация-вид и т.н.

Биологични системи

Биологични обекти с различна степен на сложност (клетки, организми, популации и видове, биогеоценози и самата биосфера) понастоящем се разглеждат като биологични системи.

Системата е единство от структурни компоненти, чието взаимодействие генерира нови свойства в сравнение с тяхната механична комбинация. Организмите са изградени от органи, органите са изградени от тъкани, а тъканите изграждат клетки.

Характерни особености на биологичните системи са тяхната цялост, принцип на ниво на организация, както беше споменато по-горе, и откритост. Целостта на биологичните системи до голяма степен се постига чрез саморегулация, функционираща на принципа на обратната връзка.

Да се отворени системивключват системи, между които и околната среда има обмен на вещества, енергия и информация, например растенията в процеса на фотосинтеза улавят слънчевата светлина и абсорбират вода и въглероден диоксид, освобождавайки кислород.

Общи характеристики на биологичните системи: клетъчна структура, химичен състав, метаболизъм и преобразуване на енергия, хомеостаза, раздразнителност, движение, растеж и развитие, размножаване, еволюция

Биологичните системи се различават от телата на неживата природа по набор от характеристики и свойства, сред които основните са клетъчна структура, химичен състав, метаболизъм и преобразуване на енергия, хомеостаза, раздразнителност, движение, растеж и развитие, размножаване и еволюция.

Елементарната структурна и функционална единица на живото е клетката. Дори вирусите, принадлежащи към неклетъчни форми на живот, не са способни да се самовъзпроизвеждат извън клетките.

Има два вида клетъчна структура: прокариотнии еукариотни. Прокариотните клетки нямат образувано ядро, тяхната генетична информация е концентрирана в цитоплазмата. Бактериите се класифицират предимно като прокариоти. генетична информацияв еукариотните клетки се съхранява в специална структура - ядрото. Еукариотите са растения, животни и гъби. Ако в едноклетъчните организми всички прояви на живо са присъщи на клетката, то при многоклетъчните настъпва специализация на клетките.

Не се среща в живите организми химичен елемент, които не биха съществували в неживата природа, но техните концентрации се различават значително в първия и втория случай. В живата природа преобладават елементи като въглерод, водород и кислород, които са част от органични съединения, докато неживата природа се характеризира главно с не- органична материя. Най-важните органични съединения са нуклеиновите киселини и протеините, които осигуряват функциите на самовъзпроизвеждане и самоподдържане, но нито едно от тези вещества не е носител на живот, тъй като те не са способни да се самовъзпроизвеждат нито поотделно, нито в група - това изисква интегрален комплекс от молекули и структури, който е клетката.

Всички живи системи, включително клетките и организмите, са отворени системи. Въпреки това, за разлика от неживата природа, където веществата се пренасят основно от едно място на друго или тяхното агрегатно състояние се променя, живите същества са способни на химическа трансформация на консумираните вещества и използване на енергия. Метаболизмът и преобразуването на енергия са свързани с процеси като хранене, дишане и отделяне.

Под хранаобикновено разбират влизането в тялото, храносмилането и усвояването на вещества, необходими за попълване на енергийните резерви и изграждане на тялото на тялото. Според начина на хранене всички организми се делят на автотрофии хетеротрофи.

АвтотрофиТова са организми, които са способни да синтезират органични вещества от неорганични вещества.

Хетеротрофи- Това са организми, които консумират готови органични вещества за храна. Автотрофите се делят на фотоавтотрофи и хемоавтотрофи. Фотоавтотрофиизползват енергия за синтеза на органични вещества слънчева светлина. Процесът на преобразуване на светлинната енергия в енергията на химичните връзки в органичните съединения се нарича фотосинтеза. Фотоавтотрофите включват по-голямата част от растенията и някои бактерии (например цианобактерии). Като цяло фотосинтезата не е много продуктивен процес, в резултат на което повечето растения са принудени да водят привързан начин на живот. Хемоавтотрофиизвличане на енергия за синтеза на органични съединения от неорганични съединения. Този процес се нарича хемосинтеза. Типични хемоавтотрофи са някои бактерии, включително серни и железни бактерии.

Останалите организми - животни, гъби и по-голямата част от бактериите - са хетеротрофи.

Дишането е процес на разделяне на органичните вещества на по-прости, при който се освобождава енергията, необходима за поддържане на жизнената активност на организмите.

Разграничаване аеробно дишане, изискващи кислород, и анаеробни, протичащи без участието на кислород. Повечето организми са аероби, въпреки че анаероби се срещат и сред бактерии, гъбички и животни. По време на дишането на кислород сложните органични вещества могат да се разградят до вода и въглероден диоксид.

Екскрецията обикновено се разбира като отстраняване от тялото на крайните продукти на метаболизма и излишъка различни вещества(вода, соли и др.), получени с храната или образувани в нея. Процесите на отделяне са особено интензивни при животните, докато растенията са изключително икономични.

Благодарение на метаболизма и енергията се осигурява връзката на организма с околната среда и се поддържа хомеостазата.

хомеостаза- това е способността на биологичните системи да устояват на промените и да поддържат относително постоянство на химичния състав, структурата и свойствата, както и да осигуряват постоянство на функциониране при променящи се условия на околната среда. Адаптирането към променящите се условия на околната среда се нарича адаптация.

Раздразнителност- това е универсално свойство на живите същества да реагират на външни и вътрешни влияния, което е в основата на приспособяването на организма към условията на околната среда и тяхното оцеляване. Реакцията на растенията към промените във външните условия се състои например в обръщане на листните плочи към светлината, докато при повечето животни има по-сложни форми, които имат рефлекторен характер.

Движениее основно свойство на биологичните системи. Той се проявява не само под формата на движение на телата и техните части в пространството, например в отговор на дразнене, но и в процеса на растеж и развитие.

Новите организми, които се появяват в резултат на размножаването, получават от родителите си не готови белези, а определени генетични програми, възможност за развитие на определени черти. Тази наследствена информация се реализира по време на индивидуалното развитие. Индивидуалното развитие се изразява по правило в количествени и качествени промени в организма. Количествените промени в тялото се наричат ​​растеж. Те се проявяват, например, под формата на увеличаване на масата и линейните размери на организма, което се основава на възпроизвеждането на молекули, клетки и други биологични структури.

Развитие на организма- това е появата на качествени различия в структурата, усложняването на функциите и т.н., което се основава на клетъчната диференциация.

Растежът на организмите може да продължи през целия живот или да приключи на определен етап от него. В първия случай се говори за неограничен, или отворен растеж. Характерно за растенията и гъбите. Във втория случай имаме работа с ограничен, или затворен растеж, присъщ на животни и бактерии.

Продължителността на съществуване на отделна клетка, организъм, вид и други биологични системи е ограничена във времето, главно поради влиянието на факторите на околната среда, поради което е необходимо постоянно възпроизвеждане на тези системи. Възпроизвеждането на клетки и организми се основава на процеса на самоудвояване на ДНК молекулите. Размножаването на организмите осигурява съществуването на вида, а размножаването на всички видове, обитаващи Земята, осигурява съществуването на биосферата.

наследственостнаречено пренасяне на характеристики на родителските форми в редица поколения.

Въпреки това, ако признаците бяха запазени по време на размножаването, адаптирането към променящите се условия на околната среда би било невъзможно. В тази връзка се появи свойство, противоположно на наследствеността - променливост.

Променливост- това е възможността за придобиване на нови характеристики и свойства през живота, което осигурява еволюцията и оцеляването на най-приспособените видове.

Еволюцияе необратим процес на историческото развитие на живите.

Тя се основава на прогресивно размножаване, наследствена изменчивост, борба за съществуванеи естествен подбор . Действието на тези фактори е довело до огромно разнообразие от адаптирани форми на живот различни условиясреда на живот. Прогресивната еволюция е преминала през поредица от етапи: предклетъчни форми, едноклетъчни организми, все по-сложни многоклетъчни организми до човека.

Генетиката, нейните задачи. Наследствеността и променливостта са свойства на организмите. Методи на генетиката. Основни генетични концепции и символика. Хромозомна теория за наследствеността. Съвременни представи за гена и генома

Генетиката, нейните задачи

Напредъкът в естествените науки и клетъчната биология през 18-19 век позволи на редица учени да спекулират за съществуването на определени наследствени фактори, които определят, например, развитието на наследствени заболявания, но тези предположения не бяха подкрепени с подходящи доказателства. Дори теорията за вътреклетъчната пангенеза, формулирана от H. de Vries през 1889 г., която предполага съществуването на определени „пангени“ в клетъчното ядро, които определят наследствените наклонности на организма, и освобождаването в протоплазмата само на онези от тях, които определят клетъчният тип, не може да промени ситуацията, както и теорията за "зародишната плазма" на А. Вайсман, според която чертите, придобити в процеса на онтогенезата, не се наследяват.

Единствено трудовете на чешкия изследовател Г. Мендел (1822-1884) стават в основата на съвременната генетика. Въпреки това, въпреки факта, че неговите произведения бяха цитирани в научни публикации, съвременниците не им обърнаха внимание. И само преоткриването на моделите на независимо наследяване от трима учени наведнъж - Е. Чермак, К. Коренс и Х. де Врис - принуди научната общност да се обърне към произхода на генетиката.

Генетикае наука, която изучава законите на наследствеността и изменчивостта и методите за управлението им.

Задачите на генетикатана настоящия етап са изследването на качествените и количествените характеристики на наследствения материал, анализа на структурата и функционирането на генотипа, декодирането на фината структура на гена и методите за регулиране на генната активност, търсенето на гени, които причиняват развитието на човешки наследствени заболявания и методи за тяхното "коригиране", създаването на ново поколение лекарства от типа ДНК ваксини, изграждането чрез генетично и клетъчно инженерство на организми с нови свойства, които биха могли да произведат необходимите човешки лекарстваи храна, както и пълно декодиране на човешкия геном.

Наследственост и изменчивост – свойства на организмите

Наследственост- е способността на организмите да предават своите характеристики и свойства в редица поколения.

Променливост- свойството на организмите да придобиват нови характеристики през живота.

знаци- това са всякакви морфологични, физиологични, биохимични и други характеристики на организмите, по които някои от тях се различават от други, например цвят на очите. ИмотиТе също така наричат ​​всякакви функционални характеристики на организмите, които се основават на определен структурен признак или група от елементарни характеристики.

Организмите могат да бъдат разделени на качествои количествен. Качествените признаци имат две или три противоположни прояви, които се наричат алтернативни функции,например сини и кафяви очи, докато количествените (млечност от крави, добив на пшеница) нямат ясно изразени разлики.

Материалният носител на наследствеността е ДНК. Има два вида наследственост при еукариотите: генотипнии цитоплазмен. Носителите на генотипна наследственост са локализирани в ядрото и по-нататък ще говорим за това, а носители на цитоплазмена наследственост са кръгови ДНК молекули, разположени в митохондриите и пластидите. Цитоплазменото наследство се предава главно с яйцеклетката, затова се нарича още майчина.

В митохондриите на човешките клетки не голям бройгени, но тяхната промяна може да окаже значително влияние върху развитието на организма, например да доведе до развитие на слепота или постепенно намаляване на мобилността. Пластидите играят също толкова важна роля в живота на растенията. Така че в някои части на листа може да има клетки без хлорофил, което води, от една страна, до намаляване на продуктивността на растенията, а от друга страна, такива пъстри организми се оценяват в декоративното градинарство. Такива случаи се възпроизвеждат главно асексуално, тъй като по време на сексуално размножаване по-често се получават обикновени зелени растения.

Генетични методи

1. Хибридологичният метод, или методът на кръстосването, се състои в подбор на родителски индивиди и анализ на потомството. В същото време генотипът на даден организъм се оценява по фенотипните прояви на гените в потомството, получено чрез определена схема на кръстосване. Това е най-старият информативен метод на генетиката, който е приложен най-пълно за първи път от Г. Мендел в комбинация с статистически метод. Този метод не е приложим в човешката генетика поради етични причини.

2. Цитогенетичният метод се основава на изследването на кариотипа: броя, формата и размера на хромозомите на тялото. Изследването на тези характеристики дава възможност да се идентифицират различни патологии на развитието.

3. Биохимичният метод дава възможност да се определи съдържанието на различни вещества в организма, по-специално техния излишък или дефицит, както и активността на редица ензими.

4. Молекулярно-генетичните методи са насочени към идентифициране на вариации в структурата и дешифриране на първичната нуклеотидна последователност на изследваните ДНК участъци. Те ви позволяват да идентифицирате гени за наследствени заболявания дори в ембриони, да установите бащинство и т.н.

5. Популационно-статистическият метод ви позволява да определите генетичния състав на популацията, честотата определени гении генотипове, генетично натоварване, както и очертават перспективите за развитие на популацията.

6. Методът на хибридизация на соматичните клетки в културата ви позволява да определите локализацията на определени гени в хромозомите, когато клетките на различни организми се сливат, например мишки и хамстери, мишки и хора и др.

Основни генетични концепции и символика

ген- Това е участък от ДНК молекула или хромозома, който носи информация за определена черта или свойство на даден организъм.

Някои гени могат да повлияят на проявата на няколко черти наведнъж. Такова явление се нарича плейотропия. Например, генът, който определя развитието на наследственото заболяване арахнодактилия (паяк пръсти), също причинява кривината на лещата, патологията на много вътрешни органи.

Всеки ген заема строго определено място в хромозомата - локус. Тъй като в соматичните клетки на повечето еукариотни организми хромозомите са сдвоени (хомоложни), всяка от сдвоените хромозоми съдържа едно копие на гена, отговорен за определена черта. Такива гени се наричат алелни.

Алелните гени най-често съществуват в две версии – доминантна и рецесивна. Доминантеннаречен алел, който се проявява независимо от това кой ген е на другата хромозома и потиска развитието на черта, кодирана от рецесивен ген. Доминантните алели обикновено се обозначават с главни букви на латинската азбука (A, B, C и т.н.), докато рецесивните алели се обозначават с малки букви (a, b, c и т.н.). рецесивеналелите могат да бъдат експресирани само ако заемат локуси на двете сдвоени хромозоми.

Организъм, който има един и същ алел на двете хомоложни хромозоми, се нарича хомозиготниза този ген, или хомозиготни(AA, aa, AABB, aabb и др.) и организъм, в който и двете хомоложни хромозоми съдържат различни вариантиген - доминиращ и рецесивен - се нарича хетерозиготниза този ген, или хетерозиготни(Aa, AaBb и др.).

Редица гени могат да имат три или повече структурни варианта, например кръвните групи по системата AB0 се кодират от три алела - I A, I B, т.е. Такова явление се нарича множествен алелизъм.Но дори и в този случай всяка хромозома от двойка носи само един алел, тоест и трите генни варианта в един организъм не могат да бъдат представени.

геном- набор от гени, характерни за хаплоиден набор от хромозоми.

генотип- набор от гени, характерни за диплоиден набор от хромозоми.

Фенотип- набор от признаци и свойства на даден организъм, който е резултат от взаимодействието на генотипа и околната среда.

Тъй като организмите се различават един от друг по много черти, е възможно да се установят моделите на тяхното унаследяване само чрез анализиране на две или повече черти в потомството. Кръстосване, при което се разглежда наследяването и се извършва точен количествен отчет на потомството за една двойка алтернативни черти, се нарича монохибридм, в два чифта - дихибриден, според повече признаци - полихибрид.

Според фенотипа на индивида далеч не винаги е възможно да се установи неговият генотип, тъй като както организъм, хомозиготен за доминантния ген (AA), така и хетерозиготен (Aa), ще имат проява на доминантния алел във фенотипа. Следователно, за да проверите генотипа на организъм с кръстосано оплождане, анализиращ кръст- кръстосване, при което организъм с доминантен признак се кръстосва с хомозиготен рецесивен ген. В този случай организъм, хомозиготен за доминантния ген, няма да предизвика разцепване в потомството, докато в потомството на хетерозиготни индивиди се наблюдава равен брой индивиди с доминантни и рецесивни черти.

Следните конвенции се използват най-често за писане на кръстосани схеми:

R (от лат. родител- родители) - родителски организми;

$♀$ (алхимичен знак на Венера - огледало с дръжка) - майчина индивид;

$♂$ (алхимичен знак на Марс - щит и копие) - индивид по бащина линия;

$×$ - кръстен знак;

F 1, F 2, F 3 и др. - хибриди от първо, второ, трето и следващите поколения;

F a - потомство от анализиращи кръстоски.

Хромозомна теория за наследствеността

Основателят на генетиката Г. Мендел, както и най-близките му последователи, нямаха представа за материалната основа на наследствените наклонности или гените. Въпреки това, още през 1902–1903 г. немският биолог Т. Бовери и американският студент У. Сеттън независимо предполагат, че поведението на хромозомите по време на клетъчно съзряване и оплождане прави възможно да се обясни разделянето на наследствените фактори според Мендел, т.е. според тях гените трябва да са разположени в хромозомите. Тези предположения се превърнаха в крайъгълен камък на хромозомната теория за наследствеността.

През 1906 г. английските генетици У. Батсън и Р. Пенет откриват нарушение на менделското разделяне при кръстосване на сладък грах, а техният сънародник Л. Донкастър, в експерименти с пеперудата от цариградско грозде, открива свързано с пола унаследяване. Резултатите от тези експерименти явно противоречат на менделските, но като се има предвид, че по това време вече беше известно, че броят на известните характеристики на експерименталните обекти далеч надхвърля броя на хромозомите и това предполага, че всяка хромозома носи повече от един ген, а гените на една хромозома се унаследяват заедно.

През 1910 г. започват опитите на групата на Т. Морган върху нов експериментален обект - плодовата муха Drosophila. Резултатите от тези експерименти позволиха до средата на 20-те години на 20-ти век да се формулират основните положения на хромозомната теория за наследствеността, да се определи реда на подреждане на гените в хромозомите и разстоянието между тях, т.е. първите карти на хромозомите.

Основните положения на хромозомната теория за наследствеността:

1. Гените са разположени в хромозомите. Гените на една и съща хромозома се наследяват заедно или са свързани и се наричат група съединител. Броят на групите за свързване е числено равен на хаплоидния набор от хромозоми.
2. Всеки ген заема строго определено място в хромозомата - локус.
3. Гените са подредени линейно върху хромозомите.
4. Разрушаването на генната връзка се случва само в резултат на кръстосване.
5. Разстоянието между гените на хромозомата е пропорционално на процента на преминаване между тях.
6. Независимото унаследяване е характерно само за гени на нехомоложни хромозоми.

Съвременни представи за гена и генома

В началото на 40-те години на ХХ век Дж. Бийдъл и Е. Тейтъм, анализирайки резултатите от генетичните изследвания, проведени върху гъбичките на невроспорите, стигат до заключението, че всеки ген контролира синтеза на ензим, и формулират принципа „един ген - един ензим".

Въпреки това, още през 1961 г. F. Jacob, J. L. Monod и A. Lvov успяват да дешифрират структурата на гена на Escherichia coli и да проучат регулацията на неговата активност. За това откритие те са удостоени с Нобелова награда по физиология и медицина през 1965 г.

В хода на изследването, в допълнение към структурните гени, които контролират развитието на определени черти, те успяха да идентифицират регулаторни, чиято основна функция е проявлението на черти, кодирани от други гени.

Структурата на прокариотния ген.Структурният ген на прокариотите има сложна структура, тъй като включва регулаторни региони и кодиращи последователности. Регулаторните региони включват промотор, оператор и терминатор. промоторнаречен регион на гена, към който е прикрепен ензимът РНК полимераза, който осигурява синтеза на иРНК по време на транскрипция. С оператор, разположен между промотора и структурната последователност, може да се свърже репресорен протеин, което не позволява на РНК полимеразата да започне да чете наследствена информация от кодиращата последователност и само нейното отстраняване позволява да започне транскрипцията. Структурата на репресора обикновено е кодирана в регулаторен ген, разположен в друга част на хромозомата. Четенето на информация завършва в участък от гена, наречен терминатор.

кодираща последователностструктурният ген съдържа информация за последователността на аминокиселините в съответния протеин. Кодиращата последователност в прокариотите се нарича цистрономи набора от кодиращи и регулаторни региони на прокариотния ген - оперон. Като цяло, прокариотите, които включват E. coli, имат относително малък брой гени, разположени на една пръстенна хромозома.

Цитоплазмата на прокариотите може също да съдържа допълнителни малки кръгови или отворени ДНК молекули, наречени плазмиди. Плазмидите са в състояние да се интегрират в хромозоми и да се прехвърлят от една клетка в друга. Те могат да носят информация за полови характеристики, патогенност и резистентност към антибиотици.

Структурата на еукариотния ген.За разлика от прокариотите, еукариотните гени нямат оперонна структура, тъй като не съдържат оператор и всеки структурен ген е придружен само от промотор и терминатор. В допълнение, значителни региони в еукариотните гени ( екзони) редуват се с незначителни ( интрони), които се транскрибират напълно в иРНК и след това се изрязват по време на тяхното узряване. Биологичната роля на интроните е да намалят вероятността от мутации в значителни области. Регулацията на еукариотните гени е много по-сложна от описаната за прокариотите.

Човешкият геном. Във всяка човешка клетка има около 2 m ДНК в 46 хромозоми, плътно опаковани в двойна спирала, която се състои от около 3,2 $ × $ 10 9 нуклеотидни двойки, което осигурява около 10 1900000000 възможни уникални комбинации. До края на 80-те години на миналия век е известно местоположението на около 1500 човешки гена, но общият им брой се оценява на около 100 000, тъй като само наследствените заболявания при хората имат около 10 000, да не говорим за броя на различни протеини, съдържащи се в клетките.

През 1988 г. стартира международният проект „Човешки геном”, който началото на XXIвек завърши с пълно декодиране на нуклеотидната последователност. Той направи възможно да се разбере, че двама различни хора имат 99,9% сходни нуклеотидни последователности и само останалите 0,1% определят нашата индивидуалност. Общо са открити приблизително 30–40 хил. структурни гени, но след това броят им е намален до 25–30 хил. Сред тези гени има не само уникални, но и повторени стотици и хиляди пъти. Тези гени обаче кодират много по-голям брой протеини, като например десетки хиляди защитни протеини – имуноглобулини.

97% от нашия геном е генетичен „боклук“, който съществува само защото може да се възпроизвежда добре (РНК, която се транскрибира в тези региони, никога не напуска ядрото). Например, сред нашите гени има не само „човешки” гени, но и 60% от гените, подобни на тези на плодовата муха, а до 99% от гените ни са свързани с шимпанзетата.

Успоредно с декодирането на генома се проведе и хромозомно картографиране, в резултат на което беше възможно не само да се открие, но и да се определи местоположението на някои гени, отговорни за развитието на наследствени заболявания, както и целта на лекарството гени.

Дешифрирането на човешкия геном все още няма пряк ефект, тъй като сме получили един вид инструкция за сглобяване на такъв сложен организъм като човек, но не сме се научили как да го правим или поне да коригираме грешки в него. Въпреки това ерата на молекулярната медицина вече е на прага, по целия свят се развиват така наречените генни препарати, които могат да блокират, премахват или дори да заменят патологични гени при живи хора, а не само в оплодената яйцеклетка.

Не бива да забравяме, че в еукариотните клетки ДНК се съдържа не само в ядрото, но и в митохондриите и пластидите. За разлика от ядрения геном, организацията на митохондриалните и пластидните гени има много общо с организацията на прокариотния геном. Въпреки факта, че тези органели носят по-малко от 1% от наследствената информация на клетката и дори не кодират пълния набор от протеини, необходими за собственото им функциониране, те могат значително да повлияят на някои характеристики на тялото. Така пъстротата при растенията хлорофитум, бръшлян и други се наследява от незначителен брой потомци, дори когато се кръстосват две пъстри растения. Това се дължи на факта, че пластидите и митохондриите се предават най-вече с цитоплазмата на яйцето, така че тази наследственост се нарича майчина или цитоплазмена, за разлика от генотипната, която е локализирана в ядрото.

"Какво е значението на биологията в живота?" съобщение, обобщен в тази статия, ще разкрие всички положителни страни на тази област и възможностите за нейното използване в бъдеще.

Мнения: Значение на биологията

Биологияе система от науки, която изучава дивата природа. Тя включва много науки, първите от които възникват ботаниката и зоологията. Това се случи преди повече от 2000 години. С течение на времето се появиха много посоки, с които ще се запознаете по-късно.

Всеки жив организъм живее в своя специфична среда. Това е част от природата, с която взаимодействат животните. Около човек има голям брой живи организми: гъби, бактерии, животни и растения. И всяка група се изучава от отделна биологична наука.

За да се изолира, биологията е наука, която чрез своите изследвания е предназначена да убеди човечеството в внимателно отношение към природата, спазване на законите. Това е науката на бъдещето. Поради това е трудно да се надцени ролята на биологията в бъдеще, защото тя изучава живота и всички негови проявления във всеки детайл. Съвременната биология обединява понятия като клетъчна теория, еволюция, генетика, енергия и хомеостаза.

Днес от биологията се отделиха нови науки, които играят важна роля не само за човечеството днес, но и в бъдеще. Това са генетика, ботаника, зоология, микробиология, морфология, физиология и вирусология. Те представляват цял ​​комплекс от ценни, фундаментални знания, натрупани с годините от цивилизацията.

Използването на биологични знания в ежедневието

Днес човечеството е изправено пред остри проблеми на опазването на здравето, снабдяването с храна, опазването на разнообразието от организми на планетата и екологията. Например биологията в Ежедневиетопомогна за спасяването на много животи благодарение на разработването на антибиотици. Науката също помага за снабдяването на човечеството с храна - учените са създали високодобивни сортове растения, нови породи животни. Биолозите изучават почвите и разработват технологии за запазване и повишаване на плодородието им. От гъбичките и бактериите хората са се научили да получават кефир, сирена и кисело мляко.

Биологичната наука е здрава основа в социологията, медицината и екологията. Тя непрекъснато се обновява със знания. Това е неговата стойност. Благодарение на биологията хората са се научили да лекуват бактериологични и вирусни заболявания. Изследователските работи не бяха напразни: източниците на такива ужасни болести като коремен тиф, холера, едра шарка и антракс изчезнаха от планетата.

Ролята на биологията непрекъснато нараства. Днес човешкият геном е дешифриран, а в бъдеще ни очакват още по-големи открития. Това ще помогне на такава посока като биотехнологиите, която има за цел не само да създаде безопасни лекарства, но и да повиши качеството на самия живот.

Спазването на биологичните закони и използването на биотехнологии ще гарантират безопасно съжителство за всички жители на планетата. В бъдеще биологията ще се превърне в реална сила, допринасяща за просперитета на Земята и хармонията между човека и природата.

Надяваме се, че съобщението по темата "Смисълът на биологията" ви помогна да се подготвите за урока и сте научили какво означава биологични знанияза бъдещия мъж. И можете да добавите история за значението на биологията чрез формуляра за коментари по-долу.

Блок 1. Биологията като наука. биологични методи

Ролята на биологията във формирането на съвременната природонаучна картина на света, в практическата дейност на хората.

Биология(от гръцки. биос- живот, лога- дума, наука) е комплекс от науки за дивата природа.

Предмет на биологията са всички прояви на живота: структурата и функциите на живите същества, тяхното разнообразие, произход и развитие, както и взаимодействието с околната среда. Основната задача на биологията като наука е да интерпретира всички явления на живата природа на научна основа, като същевременно отчита, че целият организъм има свойства, които са коренно различни от неговите компоненти.

Терминът "биология" се среща в трудовете на немските анатоми T. Roose (1779) и K.-F. Бурдах (1800 г.), но едва през 1802 г. той е използван за първи път самостоятелно от Ж.-Б. Ламарк и Г.-Р. Treviranus да се отнася до науката, която изучава живите организми.

Биология изучава всички аспекти на живота, по-специално структурата, функционирането, растежа, произхода, еволюцията и разпространението на живите организми на Земята. Класифицира и описва живите същества, произхода на техните видове, взаимодействието помежду си и с околната среда.

В основата на съвременната биология са 5 основни принципа:клетъчна теория, еволюция, генетика, хомеостаза и енергия.

Биологични науки

В момента биологията включва редица науки, които могат да бъдат систематизирани според следните критерии: предмети преобладаващо методиизследвания и изучаване нивото на организация на дивата природа.

По предмет на обучениебиологичните науки се делят на бактериология, ботаника, вирусология, зоология, микология.

ботаникае биологична наука, която изучава изчерпателно растенията и растителната покривка на Земята.

зоология- клон на биологията, науката за разнообразието, структурата, живота, разпространението и връзката на животните с околната среда, техния произход и развитие.

бактериология- биологична наука, която изучава структурата и жизнената дейност на бактериите, както и тяхната роля в природата.

вирусологияе биологичната наука, която изучава вирусите. основен обект микологияса гъби, тяхната структура и особености на жизнената дейност.

Лихенология- биологична наука, която изучава лишеите.

Бактериологията, вирусологията и някои аспекти на микологията често се разглеждат вътре микробиология- раздел биология, наука за микроорганизмите (бактерии, вируси и микроскопични гъбички).

систематика,или таксономия,- биологична наука, която описва и класифицира в групи всички живи и изчезнали същества.

От своя страна всяка от изброените биологични науки се подразделя на биохимия, морфология, анатомия, физиология, ембриология, генетика и таксономия (на растения, животни или микроорганизми).

биохимия- това е науката за химичния състав на живата материя, химичните процеси, протичащи в живите организми и лежащи в основата на тяхната жизнена дейност.

Морфология- биологична наука, която изучава формата и структурата на организмите, както и закономерностите на тяхното развитие. В широк смисъл включва цитология, анатомия, хистология и ембриология. Разграничаване на морфологията на животните и растенията.

Анатомия- Това е клон на биологията (по-точно морфологията), наука, която изучава вътрешната структура и формата на отделните органи, системи и тялото като цяло. Анатомията на растенията се счита за част от ботаниката, анатомията на животните се счита за част от зоологията, а анатомията на човека е отделна наука.

Физиология- биологична наука, която изучава процесите на жизнената дейност на растителните и животинските организми, техните отделни системи, органи, тъкани и клетки. Има физиология на растенията, животните и хората.

Ембриология (биология на развитието)- клон на биологията, науката за индивидуалното развитие на организма, включително развитието на ембриона.

обект генетикаса модели на наследственост и вариабилност. В момента това е една от най-динамично развиващите се биологични науки.

Според изследваното ниво на организация на живата природате разграничават молекулярната биология, цитологията, хистологията, органологията, биологията на организмите и надорганичните системи.

Молекулярна биологияе един от най-младите раздели на биологията, наука, която изучава по-специално организацията на наследствената информация и биосинтеза на протеини.

цитология,или клетъчна биология,- биологична наука, чийто обект на изследване са клетките както на едноклетъчните, така и на многоклетъчните организми.

Хистология- биологична наука, раздел на морфологията, чийто обект е структурата на тъканите на растенията и животните.

Към сферата органологиявключват морфологията, анатомията и физиологията на различни органи и техните системи.

Биологията на организмите включва всички науки, които се занимават с живи организми, напр. етологиянауката за поведението на организмите.

Биологията на надорганичните системи се подразделя на биогеография и екология. Изучава разпространението на живите организми биогеография,като има предвид екология- организация и функциониране на надорганичните системи на различни нива: популации, биоценози (съобщества), биогеоценози (екосистеми) и биосфера.

Според преобладаващите методи на изследванеможе да се разграничи описателна (например морфология), експериментална (например физиология) и теоретична биология.

Разкриването и обясняването на закономерностите на устройството, функционирането и развитието на живата природа на различни нива на нейната организация е задача. обща биология.Тя включва биохимия, молекулярна биология, цитология, ембриология, генетика, екология, еволюционна наука и антропология.

еволюционна доктринаизучава причините, движещите сили, механизмите и общите закономерности на еволюцията на живите организми. Един от нейните раздели е палеонтология- наука, предмет на която са изкопаемите останки от живи организми.

Антропология- раздел от общата биология, науката за произхода и развитието на човека като биологичен вид, както и разнообразието от популации на съвременния човек и моделите на тяхното взаимодействие.

Приложните аспекти на биологията са отнесени към областта на биотехнологиите, селекцията и други бързо развиващи се науки.

Биотехнологиянаречена биологична наука, която изучава използването на живи организми и биологични процеси в производството. Намира широко приложение в хранително-вкусовата (пекарство, сирене, пивоварство и др.) и фармацевтичната промишленост (получаване на антибиотици, витамини), за пречистване на вода и др.

Избор- науката за методите за създаване на породи домашни животни, сортове култивирани растения и щамове на микроорганизми със свойствата, необходими за човек. Под подбор се разбира и процесът на промяна на живите организми, осъществяван от човека за неговите нужди.

Напредъкът на биологията е тясно свързан с успеха на други природни и точни науки, като физика, химия, математика, компютърни науки и др. Например микроскопията, ултразвукът (ултразвук), томографията и други процеси, протичащи в живите системи, биха били невъзможно без използването на химически и физични методи. Използването на математически методи позволява, от една страна, да се установи наличието на редовна връзка между обекти или явления, да се потвърди надеждността на получените резултати, а от друга страна, да се моделира явление или процес. Напоследък компютърните методи, като моделирането, придобиват все по-голямо значение в биологията. На пресечната точка на биологията и другите науки възникват редица нови науки като биофизика, биохимия, бионика и др.

Ролята на биологията във формирането на съвременната природонаучна картина на света

На етапа на формиране биологията все още не е съществувала отделно от другите природни науки и е била ограничена само до наблюдение, изучаване, описание и класификация на представители на животинския и растителния свят, тоест тя е описателна наука. Това обаче не попречи на древните естествоизпитатели Хипократ (ок. 460-377 г. пр. н. е.), Аристотел (384-322 г. пр. н. е.) и Теофраст (истинско име Тиртам, 372-287 г. пр. н. е.) да дадат значителен принос за развитието на идеи за структурата на човешкото и животинското тяло, както и за биологичното разнообразие на животните и растенията, като по този начин се полагат основите на човешката анатомия и физиология, зоология и ботаника.

Задълбочаването на знанията за дивата природа и систематизирането на натрупаните по-рано факти, случило се през 16-18 век, кулминира с въвеждането на бинарна номенклатура и създаването на съгласувана таксономия на растенията (C. Linnaeus) и животните (J.-B. Ламарк).

Описанието на значителен брой видове със сходни морфологични особености, както и палеонтологични находки, станаха предпоставка за развитието на представите за произхода на видовете и пътищата на историческото развитие на органичния свят. Така експериментите на F. Redi, L. Spallanzani и L. Pasteur през 17-19 век опровергават хипотезата за спонтанно спонтанно зараждане, изложена от Аристотел и съществувала през Средновековието, както и теорията за биохимичната еволюция от A.I. Oparin и Дж. Халдейн, блестящо потвърден от С. Милър и Г. Юри, направи възможно да се отговори на въпроса за произхода на всички живи същества.

Ако самият процес на възникване на живото от неживи компоненти и неговата еволюция сами по себе си вече не пораждат съмнения, то механизмите, пътищата и насоките на историческото развитие на органичния свят все още не са напълно изяснени, тъй като нито един от две основни конкуриращи се теории на еволюцията (синтетичната теория на еволюцията, създадена на базата на теорията на Ч. Дарвин и теорията на Ж.-Б. Ламарк) все още не могат да предоставят изчерпателни доказателства.

Използването на микроскопия и други методи на сродните науки, поради напредъка в областта на други природни науки, както и въвеждането на експериментална практика, позволи на немските учени Т. Шван и М. Шлайден да формулират клетъчна теория още в 19 век, по-късно допълнен от Р. Вирхов и К. Баер. Тя се превърна в най-важното обобщение в биологията, което формира крайъгълния камък на съвременните идеи за единството на органичния свят.

Откриването на моделите на предаване на наследствена информация от чешкия монах Г. Мендел послужи като тласък за по-нататъшното бързо развитие на биологията в XX-XXI веки доведоха не само до откриването на универсалния носител на наследствеността – ДНК, но и на генетичния код, както и на фундаменталните механизми за контрол, разчитане и променливост на наследствената информация.

Развитието на идеите за околната среда доведе до появата на такава наука като екология,и формулировка учението за биосфератакато сложна многокомпонентна планетарна система от взаимосвързани огромни биологични комплекси, както и химични и геоложки процеси, протичащи на Земята (V.I. Vernadsky), което в крайна сметка позволява поне в малка степен да се намалят негативните последици от човешката икономическа дейност.

Така биологията изигра важна роля във формирането на съвременната природонаучна картина на света.

Биологията е система от науки, чиито обекти на изследване са живите същества и тяхното взаимодействие с околната среда.

Ролята на биологията в модерно общество, и особено в медицината, е безценна. Всеки път, когато мислим за въпроса каква е ролята на биологията в съвременното общество, си спомняме, че именно благодарение на героизма на медицинските биолози от планетата Земя изчезнаха огнища на ужасни епидемии: чума, холера, коремен тиф, антракс, едра шарка и други не по-малко животозастрашаващи заболявания. Спокойно можем да кажем, че ролята на биологията в съвременното общество непрекъснато нараства. Невъзможно е да си представим съвременния живот без селекция, генетични изследвания, производство на нови хранителни продукти, както и екологично чисти енергийни източници.

Основното значение на биологията е, че тя е основата и теоретичната основа за много обещаващи науки, като генното инженерство и биониката. Тя притежава голямо откритие - декодирането на човешкия геном. Такава посока като биотехнология също е създадена въз основа на знания, комбинирани в биологията.

Нестабилната екологична ситуация на Земята изисква преосмисляне на производствените дейности, а значението на биологията в човешкия живот се издига на ново ниво. Всяка година ставаме свидетели на мащабни бедствия. В много отношения те са причинени от нарастването на световното население, неразумното използване на енергийните източници, както и от съществуващите икономически и социални противоречия в съвременното общество. Настоящето ясно ни показва, че самото по-нататъшно съществуване на цивилизацията е възможно само ако има хармония в околната среда. Само спазването на биологичните закони, както и широкото използване на прогресивни биотехнологии, базирани на екологично мислене, ще осигури естествено безопасно съжителство за всички жители на планетата без изключение.

Ролята на биологията в съвременното общество сега е превърната в реална сила. Благодарение на нейните познания е възможен просперитетът на нашата планета. Ето защо отговорът на въпроса каква е ролята на биологията в съвременното общество може да бъде следният – това е съкровеният ключ към хармонията между природата и човека.

Биологията в съвременното общество

Изпълнено от ученик 10 "А"

Иванова Вероника

Биология (на гръцки bios – живот, logos – учение, наука) – наука за дивата природа. Терминът "биология" е предложен за първи път през 1802 г. от френския натуралист J. B. Lamarck и независимо от немския ботаник G. R. Treviranus.

Доктрината за дивата природа е част от човешката култура. Ролята на биологията е значима във формирането на мирогледа, в осъзнаването на човека за ролята си в заобикалящия го свят. Изучаването на биология формира научното мислене на всеки човек и помага за разбирането на света около нас. Развитието на биологията е обусловено както от интересите на практиката, така и от нуждите на цялото общество (проблеми на медицината, задачи на земеделското възпроизводство и др.).

Предмет на изследване на биологията е разнообразието от живи и изчезнали организми, техния произход, еволюция, разпространение, структура, функциониране и индивидуално развитие, взаимоотношения помежду си и със заобикалящата ги нежива природа. Биологията разглежда общите и частните закономерности, присъщи на живота във всичките му проявления и свойства (метаболизъм, размножаване, наследственост, променливост, адаптивност, растеж, развитие, раздразнителност, подвижност и др.).

Биологията се подразделя на редица самостоятелни науки и направления в зависимост от изучаваните обекти, нивата на организация на живите същества, методите на изследване и практическото използване на биологичните знания.

Биологията на систематичните групи се занимава с: вирусология - наука за вирусите, микробиология, микология - наука за гъбите, ботаника - наука за растенията, зоология - наука за животните, антропология - наука за човека. Всяка от тези дисциплини е разделена на редица по-тесни области в зависимост от обекта на изследване. Например в зоологията има такива науки като ентомология - наука за насекомите, ихтиология - за рибите, териология - за бозайници, орнитология - за птици, мирмекология - за мравки, лепидоптерология - за пеперуди, протистология - наука за протозоите и т.н. В ботаниката се открояват: алгологията - науката за водораслите, бриологията - за мъховете, дендрологията - за дървесните растения и др. Освен това в зоологията и ботаниката се разграничават науки, които изучават определени аспекти на животинския и растителен живот: структура (морфология, анатомия, хистология и др.), развитие (ембриология, еволюция и др.), жизнена дейност (физиология и биохимия на животните и растенията), разпространение (зоогеография и фитогеография), класификация в групи (таксономия на растения и животни) и др. - наука, която изучава микроорганизми,

Според структурата, свойствата и проявите на живота на отделните организми трябва да се разграничат: анатомия, морфология (в тесен смисъл) - за външната структура, физиология - за живота на целия организъм и неговите части, генетика - за наука за законите на наследствеността и изменчивостта на организмите и методите за управлението им. Отделно се отделят науките за развитието на живата материя: биологията на индивидуалното развитие на организмите; еволюционна теория (набор от знания за историческо развитиедива природа); палеонтология, която изучава историята на живота от останките на живите организми. - науката за вътрешната структура.

Следните се занимават с изучаване на колективния живот и общностите от живи организми: етология - наука за поведението на животните, екология (в общ смисъл) - науката за взаимоотношенията на различните организми и общностите, които те образуват между себе си и околната среда . Сред разделите на екологията те считат биоценологията - науката за общностите от живи организми, популационната биология - клон на знанието, който изучава структурата и свойствата на популациите и т.н.

Според методите на изследване обикновено се разграничава биохимията, която изучава химичните вещества, изграждащи организмите, тяхната структура, разпределение, трансформации и функции; биофизика - наука за физичните и физико-химичните явления в живите организми. Биометрията, която е и един от най-важните клонове на биологията, се занимава с планиране на количествени биологични експерименти и обработка на резултатите по методите на математическата статистика.

В зависимост от областта на човешката практическа дейност, в която се използват биологични знания, има такива дисциплини като биотехнология - набор от промишлени методи, които позволяват използването на живи организми и техните отделни части с висока ефективност за производството на пяна продукти (антибиотици, витамини, хормони и др.), за защита на растенията от вредители и болести, за борба със замърсяването на околната среда, в пречиствателни станции; агробиология - комплекс от знания за отглеждането на култури; селекция - науката за методите за създаване на сортове растения, породи животни, щамове на микроорганизми с черти, от които човек се нуждае. Има още животновъдство, ветеринарна медицина, медицинска биология, фитопатология, природозащитна биология.

В зависимост от областта на човешката практическа дейност, в която се използват биологични знания, има такива дисциплини като биотехнология - набор от промишлени методи, които позволяват използването на живи организми и техните отделни части с висока ефективност за производството на пяна продукти (антибиотици, витамини, хормони и др.), за защита на растенията от вредители и болести, за борба със замърсяването на околната среда, в пречиствателни станции; агробиология - комплекс от знания за отглеждането на култури; селекция - науката за методите за създаване на сортове растения, породи животни, щамове на микроорганизми с черти, от които човек се нуждае. Има още животновъдство, ветеринарна медицина, медицинска биология, фитопатология, природозащитна биология.

Естествено, такава класификация на биологичните науки е до голяма степен произволна и не дава представа за разнообразието от биологични дисциплини.

Теоретичните постижения на биологията намират широко приложение в медицината. Именно успехите и откритията в биологията определят съвременното ниво на медицинската наука. Така данните от генетиката направиха възможно разработването на методи за ранна диагностика, лечение и профилактика на човешките наследствени заболявания. Изборът на микроорганизми дава възможност за получаване на ензими, витамини, хормони, необходими за лечението на редица заболявания. Развитието на генното инженерство открива широки перспективи за биологично производство активни съединенияи лечебни вещества. Така например, използвайки методи на генно инженерство, генът за хормона инсулин беше получен и след това интегриран в генома на Escherichia coli. Този щам на Escherichia coli е в състояние да синтезира човешки инсулин, който се използва за лечение на диабет. Понастоящем по подобен начин се произвеждат соматотропин (хормон на растежа) и други човешки хормони, интерферон, имуногенни препарати и ваксини.

Експериментите с животни симулират множество патологични процеси, които позволяват да се разбере същността на дадено заболяване, да се установят принципите за възстановяване на увредените клетки, тъкани и органи и да се определи оптималната тактика за лечение и профилактика. Напредъкът в имунологията вече направи възможно извършването на трансплантация на жизненоважни органи, диагностицирането на много заболявания и намаляването на нивото на инфекциозните заболявания.

Общите биологични закони се използват при решаване на различни въпроси в много сектори на националната икономика. Бързото нарастване на световното население, постоянното намаляване на териториите, заети от селскостопанско производство, доведоха до глобалния проблем на нашето време - производството на храни. Този проблем може да бъде решен от такива науки като растениевъдството и животновъдството, въз основа на постиженията на генетиката и селекцията. Благодарение на познаването на законите на наследствеността и променливостта е възможно да се създадат високопродуктивни сортове от култивирани растения и породи домашни животни, които ще позволят интензивно провеждане на селскостопанско производство и задоволяване на нуждите на населението на планетата от хранителни ресурси .

Използването на принципите на организация на живите същества (бионика) в промишлеността, машиностроенето и корабостроенето носи в настоящето и ще даде в бъдеще значителен икономически ефект.

Напредъкът на науката и технологиите, създаването и използването на нови технологии могат да причинят щети на биосферата (понякога непоправими). Замърсяването на околната среда с промишлени отпадъци повдига въпроса за оцеляването, а често и за изчезването на много видове животни и растения. Увеличаването на екологичните бедствия излага на риск целия живот на планетата. Задачите за опазване на живите организми и възстановяване на техните популации в естествената им среда се решават от биолози от цял ​​свят.

Екологията помага за решаването на такива важни проблеми на нашето време като опазването на околната среда, рационалното използване на природните ресурси. Той предвижда идентифициране и премахване на негативните последици от човешкото въздействие върху природата (замърсяване на околната среда с множество вредни вещества), определяне на режими за рационално използване на биосферните резервати. Неотложна задача на екологията е да осигури безопасността на биосферата и способността на природата да се възпроизвежда.

Човечеството не може да съществува без дивата природа. Следователно е жизненоважно да го поддържате в „работно състояние“. За съжаление, това не е толкова лесно да се направи. В резултат на човешкото изследване на цялата повърхност на планетата, развитието на селското стопанство, индустрията, обезлесяването, замърсяването на континентите и океаните, все по-голям брой видове растения, гъби и животни изчезват от лицето на Земята. Изчезнал вид не може да бъде възстановен. Той е продукт на милиони години еволюция и има уникален генофонд. У нас един вид гръбначни животни изчезва средно за 3,5 години. Как да променим тази тенденция и да се върнем към еволюционно оправдания път на постоянно нарастване на общата „сума на живота“, а не на нейното намаляване? Този проблем засяга цялото човечество, но е невъзможно да се разреши без работата на биолози.