Биология − наука о живом, его строении,

Биология − наука о живом, его строении, формах активности, связях организмов с неживой природой и друг с другом.

Три направления в биологии: • Традиционная биология: изучает живую природу в естественном состоянии. Живая природа → флора и фауна. Классификация животных и растений. Карл Линней (1707 -1778) швед. врач и натуралист Ж. Б. Ламарк (1744 -1829) фран. ученый

Царства Животные Растения Грибы Бактерии Вирусы

Таксон ы Царство Животные Растения Тип Хордовые Покрытосеменные Класс Млекопитающие Двудольные Отряд Приматы Хищные Розоцветные Семейство Гоминиды Кошачьи Розовые Род Люди Кошки Шиповник Вид Человек разумный Домашняя кошка Роза

Три направления в биологии: • Физико-химическая биология: широкое использование экспериментальных методов. Микробиология, биохимия, биофизика. • Эволюционная биология: эволюция. Чарльз Роберт Дарвин (1809 -1882) англ. натуралист

Фундаментальное отличие объектов биологии от всех остальных Молекулы одного вещества N 2 N 2 N 2 Одинаковые (неотличимы) Элементарные частицы ē ē Одинаковые Все разные! Живые существа

Основные свойства живого организма: • Единство химического состава. кислород ( ~ 62% ) углерод ( ~ 20% ) водород ( ~ 10% ) азот ( ~ 3% ) кальций ( ~ 2, 5% ) фосфор ( ~ 1% ) ~ 98% химического состава • Обмен веществ. Метаболизм или обмен веществ − набор хим. реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Гомеостаз − способность организма сохранять постоянство своего хим. состава и интенсивность течения всех физиологических процессов.

Способы питания организмов Автотрофный Гетеротрофный Растения Некоторые бактерии Человек Животные Грибы Бактерии (значительное большинство) Некоторые растения (бесхлорильные наземные) Пример: Подъельник

Продуценты Консументы 1 -ого уровня Фитофаги (травоядные) Консументы 2 -ого уровня Хищники Редуценты

Основные свойства живого организма: • Самовоспроизведение (репродукция). • Наследственность. • Изменчивость. • Рост и развитие. Индивидуальное развитие организма − это онтогенез , его историческое развитие − филогенез. Генетика • Раздражимость. Рефлекс − реакция организма на определенное воздействие, проходящая с участием нервной системы. Коленный рефлекс

Основные свойства живого организма: • Асимметрия. Хиральность Киральность

Происхождение жизни

Основные гипотезы происхождения жизни на Земле • Креационизм Гюстав Доре «Сотворение света» Креационизм − концепция, в рамках которой жизнь, человечество, планета Земля, а также мир в целом, рассматриваются как непосредственно созданные сверхъестественным существом в далеком прошлом.

Основные гипотезы происхождения жизни на Земле • Гипотеза самопроизвольного зарождения живого из неживого. В настоящее время общепризнано, что в современных природных условиях самозарождение невозможно. Поддерживали: Платон Аристотель Бэкон Декарт Гегель Ламарк

Основные гипотезы происхождения жизни на Земле • Гипотеза самопроизвольного зарождения живого из неживого – жизнь регулярно зарождается из неживого. Опровержение: итал. врач и биолог Франческо Реди 1688 год концепция биогенеза: «все живого от живого» 1862 год Луи Пастер (1822 -1895) фран. микробиолог Пастер опытным путем доказал невозможность зарождения живого из неживого.

Основные гипотезы происхождения жизни на Земле • Гипотеза стационарного состояния. Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень незначительно. Возражение: Конечность возраста Вселенной – 13. 7 млрд. лет

Основные гипотезы происхождения жизни на Земле • Гипотеза панспермии. Панспермия − гипотеза о появлении жизни на Земле в результате переноса каких-либо «зародышей жизни» извне: из космоса, с метеоритами и космической пылью.

Основные гипотезы происхождения жизни на Земле • Гипотеза происхождения жизни путем биохимической эволюции. А. И. Опарин (1894 -1980) биолог и биохимик Д. Б. С. Холдейн (1892 -1965) англ. биолог Гипотеза Опарина − Холдейна АБИОГЕНЕЗ живое от неживого в прошлом Самоорганизация неживой материи

Главная идея Условия на древней Земле были не такими как сейчас; А такими, что в них был возможен абиогенный синтез органики. Жизнь – продолжение химической эволюции.

При каких условиях возможен абиогенный синтез органики? Самое главное – отсутствие кислорода в атмосфере Сегодня доказано геологией Высокая температура Более 1 000 ° С на ранней Земле

От 4. 5 млрд. лет до 3. 5 млрд. лет назад I этап Образование первичной атмосферы, содержащейпаравидев, , 2234 OHCOCONHCH II этап Охлаждение планеты, конденсация водяных паров, образование первичного океана «Первичный бульон» Сначала – органические вещества – абиогенно III этап Потом из органических веществ – коацерваты – белковые капли

Согласно гипотезе генобиоза , первичными были молекулярные системы со свойствами генетического кода. Противоположный подход – гипотеза голобиоза предполагает первичность белковых структур с ферментативной активностью. ГЕНОБИОЗ и ГОЛОБИОЗ

От 3. 5 млрд. лет до 3 млрд. лет назад IV этап Образуются протобионты − истинно живые системы, способные к самовоспроизведению. 3 млрд. лет назад V этап Первичные прокариотные (доядерные) организмы − бактерии. Жизнь – продолжение химической эволюции. Биологическая эволюция

Прокариоты − одноклеточные живые организмы, не обладающие оформленным клеточным ядром. Эукариоты − живые организмы, клетки которых содержат ядра. Анаэробы − организмы, получающие энергию при отсутствии кислорода. Аэробы − организмы, которые нуждаются в свободном молекулярном кислороде. К аэробам относятся: подавляющее большинство животных, все растения, а также значительная часть микроорганизмов. Первые организмы − прокариоты и анаэробы

Возникновение органических веществ Возникновение белковых тел Гипотеза Опарина − Холдейна Жизнь есть результат длительных процессов самоорганизации в неживой природе

Экспериментальная проверка модели Опарина-Холдэйна Доказательство возможности абиогенного синтеза органики – эксперимент Миллера-Юри 1953 год

Уровни организации жизни Живая природа является целостной, но неоднородной системой, которой свойственна иерархическая организация.

Уровни: Биосферный Биогеоценотический Популяционно-видовой Организменный Одноклеточные Многоклеточные Органный Тканевый Клеточный Молекулярно-генетический

Уровни: Биосферный Биогеоценотический Популяционно-видовой Организменный Одноклеточные Многоклеточные Органный Тканевый Клеточный Молекулярно-генетический

Молекулярно-генетический уровень Молекулы белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот и стероидов. Ферменты − белковые молекулы , ускоряющие (катализирующие) химические реакции в живых системах. 20 аминокислот → м олекулы белков Наследственная информация → дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) Реализация наследственной информации → рибонуклеиновая кислота (РНК)

Уровни: Биосферный Биогеоценотический Популяционно-видовой Организменный Одноклеточные Многоклеточные Органный Тканевый Клеточный Молекулярно-генетический

Клетка Структуры в клетках − органоиды или органеллы.

Уровни: Биосферный Биогеоценотический Популяционно-видовой Организменный Одноклеточные Многоклеточные Органный Тканевый Клеточный Молекулярно-генетический

Ткани

Уровни: Биосферный Биогеоценотический Популяционно-видовой Организменный Одноклеточные Многоклеточные Органный Тканевый Клеточный Молекулярно-генетический

Уровни: Биосферный Биогеоценотический Популяционно-видовой Организменный Одноклеточные Многоклеточные Органный Тканевый Клеточный Молекулярно-генетический

Среда обитания − живая и неживая природа, окружающая живой организм, с которой он взаимодействует. Царства Число видов, известных науке Животные Около 1 500 000 Растения Около 500 000 Грибы Более 100 000 Бактерии Около 6000 Вирусы Около

Экологические факторы среды обитания Абиотические факторы − это комплекс условий неорганической среды, влияющих на организм. (Рельеф, свет, температура, ветер, воздух, давление, влажность и т. д. ) Биотические факторы − это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Например: численность хищников. Антропогенные факторы − это все формы деятельности человеческого общества, изменяющие природу как среду обитания живых организмов или непосредственно влияющие на их жизнь. Например: вырубка лесов.

Уровни: Биосферный Биогеоценотический Организменный Одноклеточные Многоклеточные Органный Тканевый Клеточный Молекулярно-генетический Популяционно-видовой

Популяция − совокупность организмов одного вида, населяющих определенную территорию. Популяция является элементарной единицей эволюционного процесса. Вид − генетически неделимая единица живого мира. Узоры надкрылий божий коровки

Уровни: Биосферный Популяционно-видовой Организменный Одноклеточные Многоклеточные Органный Тканевый Клеточный Молекулярно-генетический Биогеоценотический

Биоценоз − совокупность совместно обитающих и взаимно связанных видов. Биотоп − участок абиотической среды, которую занимает биоценоз. Биогеоценоз − экосистема

Биогеоценозы − исторически сложившиеся устойчивые сообщества популяций различных видов и неорганических компонентов окружающей среды, связанных между собой и окружающей средой обменом веществ, энергии и информации. Биогеоценоз пруда

Уровни: Биосферный Биогеоценотический Популяционно-видовой Организменный Одноклеточные Многоклеточные Органный Тканевый Клеточный Молекулярно-генетический

Биосфера: Живое вещество — совокупность всех живых организмов Биогенное вещество — связано с жизнедеятельностью живых организмов (газы атмосферы, каменный уголь, известняк и др. ) Косное вещество — совокупность неживых тел, которые образуются в результате процессов, не связанных с деятельностью живых организмов (лава, газы вулканического происхождения, горные породы неорган. происхождения) Биокосное вещество — результат совместной деятельности живых организмов, а также физико-химических и геологических процессов (почва, ил, океаническая и морская вода)

Типы отношений между популяциями Возможны следующие виды влияний одних организмов на другие: Положительное (+) — один организм получает пользу за счёт другого. Отрицательное (−) — организму причиняется вред из-за другого. Нейтральное (0) — другой никак не влияет на организм.

Нейтрализм(0 0)

Рыба – клоун живет вблизи актиний. Мутуализм (+ +)

Муравей и тля Протокооперация (+ +)

1) Сожительство. Например, пресноводная рыбка горчак откладывает икринки в мантийную полость двухстворчатых моллюсков. Комменсализм (+ 0)

2) Нахлебничество Комменсализм (+ 0)

Бегемот и цапля 3) Сотрапезничество Комменсализм (+ 0)

Деревья и трава Аменсализм (- 0)

Хищничество (+ -)

Венерина мухоловка

Паразитизм (+ -)

Конкуренция (- -)

Внутривидовая конкуренция (- -) − более ожесточенная

Генетика и молекулярная биология Генетика − наука о законах и механизмах наследственности и изменчивости в живой природе.

Ген − единица наследственности, контролирующая развитие одного признака. Молекулярная биология: Ген − участок молекулы ДНК.

Различные формы одного и того же гена и определяющие альтернативные варианты развития одного и того же признака называют аллели. Доминантные и рецессивные аллели. Доминантный ген − проявляется в гетерозиготном состоянии. Рецессивный ген − не проявляется в гетерозиготном состоянии.

Хромосома − структурная единица клетки, содержащая ДНК. Хромосомный набор. В диплоидном организме: одинаковые аллели → гомозиготный организм, разные аллели → гетерозиготный организм. Совокупность генов Геном Генотип Генофонд (в единичном наборе хромосом) (особь) (популяция)

Фенотип − совокупность характеристик, присущих организму на определенной стадии развития. Генотип Факторы внешней среды Фенотип Мутация − внезапное изменение наследственных структур, вызванное естественным или искусственным путем.

Воспроизводство всего живого определяется синтезом белков при помощи нуклеиновых кислот ДНК и РНК.

Молекула ДНК Звеньями молекулы ДНК выступают нуклеотиды. Нуклеотид − это соединение азотистого основания, сахара и остатка фосфорной кислоты. Азотистые основание А, Т, Г, Ц

Молекула ДНК Азотистые основание А, Т, Г, Ц Комплементарность нуклеиновых кислот А-Т Г-Ц Водородные связи между цепочками

В образовании белков участвуют 20 аминокислот. Для кодирования одной аминокислоты требуется сочетание трех нуклеотидов (триплет или кодон). Мутационная изменчивость − случайные изменения последовательности аминокислотных остатков в белке.

Все современные организмы ДНК РНК белки Информация чтение реализация копирование Посредник

Молекула РНК Азотистые основание А, У, Г, Ц РНК – посредники на всех этапах синтеза белков Синтез белка осуществляется в рибосомах. Одинарная цепочка.

РНК ДНКБелок 3 — D форма и разнообразные функции Матрицы

Современная (синтетическая) теория эволюции

Чарльз Роберт Дарвин (1809 -1882) англ. натуралист Альфред Уоллес (1823 -1913) брит. натуралист Теория Дарвина − Уоллеса наследственность изменчивость естественный отбор эволюция

Изменчивость генетическая модификационная гены среда случайна передается по наследству адаптивна не наследуется

Теория Дарвина − Уоллеса XX век генетика палеонтология молекулярная биология экология Синтетическая теория эволюции

Синтетическая теория эволюция Элементарная эволюционирующая единица – популяция

Синтетическая теория эволюция Движущий фактор (движущая сила) эволюции – естественный отбор Единственный фактор, меняющий облик популяции направленно – в сторону большей приспособленности.

В популяциях поддерживается множество генетических вариантов, что позволяет во всеоружии встретить изменение условий среды.

Искусственный отбор 10 000 лет

Популяция. Подвид Вид. Микро – уровень вида и ниже Макро – надвидовые формы основные закономерности развития жизни на Земле в целом. Синтетическая теория эволюция Четко разграничивает микро- и макроэволюцию

Основные законы эволюции 1. Скорость эволюции в разные периоды неодинакова. 2. Эволюция различных организмов происходит с разной скоростью. 3. Новые виды образуются не из наиболее высокоразвитых, а из относительно простых форм. 4. Эволюция не всегда идет от простого к сложному. Существуют примеры «регрессивной» эволюции. 5. Эволюция затрагивает популяции , а не отдельные особи и осуществляется в результате мутаций , естественного отбора.

Основные факторы эволюции Естественный отбор − д вижущая сила эволюции Мутации

Мутации – случайные наследуемые изменения ДНК Главное их свойство – случайный характер : поток информации в одну сторону ДНК → белок → признак нельзя заранее предсказать, как мутация повлияет на фенотип – в сторону большей или меньшей приспособленности

Основные факторы эволюции Естественный отбор − д вижущая сила эволюции Мутации Популяционные волны – «волны жизни» – отклонение численности организмов в популяции. Изоляция (географическая, временная и репродуктивная)

Географическая изоляция

несовпадения сроков размножения два близких подвида не смогут скрещиваться Пример: Возникают новые виды рыб, если сроки нереста подвидов не совпадают, или новые виды растений, если не совпадают сроки цветения подвидов. Временная изоляция

Репродуктивная изоляция и Серебристая чайка и клуша

Согласно данным биологии, эволюция животного мира происходила в следующей последовательности: рыбы земноводные (амфибии) пресмыкающиеся (рептилии) птицы млекопитающие