Концепции современного естествознания Жизнь, человек, биосфера лектор: Сергей Игоревич Титов Кафедра клеточной биологии и генетики flamewalk@bk. ru
Рекомендуемая литература: • А. П. Анисимов, И. А. Кирсанова - Концепции современного естествознания: жизнь, человек, биосфера. Изд-во ДВГУ. , 2008 г. , • А. П. Анисимов - Введение в биологию. Изд-во ДВГУ. , 2008 г. • Т. Я. Дубнищева - Концепции современного естествознания. Изд-во "Academica", 2006. • под рук. С. И. Самыгина - Концепции современного естествознания. Рн. Д, изд-во "Феникс", 1997 • Сивоглазов, В. И. Общая биология. Базовый уровень : учебник для 10– 11 х классов общеобразовательных учреждений – М. : Дрофа, 2005. • А. А. Горелов - Концепции современного естествознания. М. , "Центр", 1997. • С. Х. Карпенко - Концепции современного естествознания. 1997 • под ред. Лавриенко и Ратникова - Концпеции современного естествознания. 1997. • М. И. Потеев - Концепции современного естествознания. СПб, "Питер", 1999.
Что такое «КСЕ» , или «Где я? И чем меня придавило? » КСЕ – концепции современного естествознания. «Концепция» = идея, понятие, система взглядов. Естествознание – раздел человеческого знания о природе и ее законах, мире вокруг нас. Включает в себя естественные науки, такие как астрономия, физика, химия, биология, экология, география. То есть, концепции современного естествознания – это общий предмет об устройстве природы, окружающего мира и о том, как это всё работает. С основами физики и устройством мира и материи на самом фундаментальном уровне вы уже познакомились на первой половине курса, теперь пришло время более высоких уровней организации.
Структура биологической части курса КСЕ Лекции по основным темам, сопровождаемые презентациями: 1. Вводная лекция: главные идеи современной биологии 2. Структурная многоуровневая организация жизни 3. Материальная сущность жизни 4. Биологическая информация и самовоспроизведение жизни 5. Саморегуляция и устойчивое развитие живых систем 6. Возникновение жизни и биологическая эволюция 7. Биосоциальная сущность человека 8. Биосфера и концепция экологической безопасности
Оценка успеваемости студентов (или «Я хочу зачёт! Что мне делать? » ) Оценка будет выставляться на основе успешного выполнения двух основных задач: • Контрольная работа в формате тестирования в системе LMS Blackboard Learning. (Контрольная работа должна быть выполнена на 61% баллов или лучше). • Эссе на определенную тему. (Эссе должно быть уникальным, грамотно написанным, аккуратно оформленным, соответствовать теме, выражать собственную точку зрения студента, а также быть адекватно аргументированным).
Лекция № 1 (самая важная)
Главные темы лекции: • Значение биологии в современном мире. • Критерии жизни. • Основные концепции современной биологии.
Биология – совокупность наук о жизни, живой природе. Разделы биологии: по объектам изучения: Зоология – изучает животных; Ботаника – изучает растения; Микология – изучает грибы; Микробиология – изучает бактерий и другие культивируемые микроорганизмы; Протистология – изучает протист, то есть простейших; Вирусология – изучает вирусы.
Разделы биологии: по уровню изучения жизни: Биохимия – изучает вещества биологического происхождения; Биофизика – изучает функционирование жизни как физический процесс; Молекулярная биология – механизмы хранения и реализации генетической информации; Цитология – изучает жизнь на клеточном уровне; Гистология – изучает ткани; Анатомия – изучает строение целых организмов и их частей; Физиология – изучает принципы функционирования организмов; Экология – наука, которая изучает взаимодействие организмов между собой и с окружающей средой; Генетика – наука о механизмах наследственности и изменчивости; Таксономия (систематика) – классификация и систематизация разновидностей живых организмов.
Не вполне обычные биологические науки: Квантовая биология – применяет принципы квантовой механики для изучения фундаментальных биологический процессов (например, флюоресценция, фотосинтез, функционирование ферментов и т. д. ). Биоинформатика – междисциплинарное направление, применяет методы и информационные технологии для решения задач биологии (базы данных, моделирование, разработка ПО, автоматическая обработка данных и т. д. ). Синергетика – наука о самоорганизации, нелинейных системах и фракталах. Астробиология – изучает происхождение, эволюцию и будущее жизни в масштабах Вселенной. Бионика (= биомиметика, биоинженерия) – применяет принципы устройства и функционирования живых организмов для разработки современных технологий и инженерных решений.
Жизнь – характеристика, отличающая физические объекты, способные проявлять определенные критерии: самоподдерживающиеся процессы, самоорганизация, гомеостаз, клеточное строение, размножение, обмен веществ, чувствительность, реактивность и адаптивная эволюция. Объяснение явления жизни с точки зрения 2 -го закона термодинамики будет дано в лекции № 3.
Критерии жизни (что отличает живые организмы от неживых объектов? ) 1. Обмен веществ и энергии 2. Способность к размножению (= воспроизводству, репродуцированию) 3. Клеточное строение 4. Гомеостаз (= поддержание постоянства внутренней среды) 5. Чувствительность и способность реагировать (что включает в себя движение) 6. Онтогенез (= индивидуальное развитие) (что включает в себя появление зиготы, рост, развитие, старение, смерть) 7. Адаптивная эволюция
Критерии жизни (что отличает живые организмы от неживых объектов? ) Обмен веществ и энергии Живые существа способны поддерживать себя за счет поглощения веществ и энергии извне. Если предельно кратко, то вещества нужны для построения и ремонта своего тела, энергия – для его функционирования. Вместе с тем, организмы избавляются от ненужных веществ, которые не могут больше использовать, и тратят энергию, рассеивая ее в виде тепла.
Критерии жизни (что отличает живые организмы от неживых объектов? ) Способность к размножению, воспроизводству себе подобных. Без сомнений, одно из важнейших свойств живых существ. Будь то половым путем (при слиянии мужских и женских половых клеток), или бесполым (при делении специализированных клеток или частями тела), или это простое клеточное деление бактерий. Так или иначе, в основе любой формы размножения лежат разные формы деления клеток, а в основе деления клеток – репликация (удвоение) ДНК.
Критерии жизни (что отличает живые организмы от неживых объектов? ) Клеточное строение. Это свойство жизни описывается клеточной теорией: ● все живые организмы состоят из клеток (даже если только из одной); ● новые клетки образуются только из уже существующих путем деления * - в современных условиях. Конечно, 3, 8 миллиардов лет назад первые клетки на Земле появились путем самоорганизации из органических веществ за счет биохимической эволюции (см. ниже). Интересно, что в соответствии с этим пунктом, а также по другим причинам, вирусы нельзя считать полноценно живыми существами (так как они не имеют клеточного строения). И поэтому вирусы проявляют все свойства жизни только после того, как попадут в клетку-хозяина (они являются облигатными клеточными паразитами).
Критерии жизни (что отличает живые организмы от неживых объектов? ) Гомеостаз и гомеокинез. Гомеостаз - способность поддерживать постоянство внутренней среды; структурнофункциональная целостность и саморегуляция. К этому свойству относятся способность поддерживать постоянство таких параметров, как, например, температура тела (для теплокровных), постоянный химический состав внутренней среды, регенерация и др. Гомеокинез – способность перестраиваться для лучшей адаптации к меняющимся условиям.
Критерии жизни (что отличает живые организмы от неживых объектов? ) Чувствительность и реактивность (т. е. способность реагировать), это способность воспринимать различные сигналы и стимулы как из внешней среды, так и от частей собственного тела, и адекватно на них реагировать. Реакция может быть выражена в различных формах активности, например, в виде движения, выделения различных веществ (например, гормонов), и во многих других. Чувствительность - вспомните пять наших чувств, и добавьте такие, как равновесие, позиция тела, терморецепция, а также те, которые неразвиты у человека – эхолокация, чувствительность к электрическим и магнитным полям. Чувствительность и реактивность у высших животных осуществляется за счет работы нервной системы и мускулатуры, но есть масса организмов без оной (растения, одноклеточные, примитивнейшие животные), и даже без мышц, которым, однако, чувствительность, реактивность и движение тоже свойственны.
Критерии жизни (что отличает живые организмы от неживых объектов? ) Онтогенез, или рост и индивидуальное развитие, развитие любого живого организма всегда начинается с одной клетки (оплодотворенной яйцеклетки, или зиготы). Таким образом, любой организм непременно проходит в своей жизни одноклеточную стадию. Некоторые организмы на этой стадии и остаются (бактерии, простейшие). Развитие же сопровождается увеличением размеров, числа клеток и усложнением организации. Кроме того, к индивидуальному развитию относятся и зрелость, старение и смерть, которые претерпевает любой организм. Тело взрослого человека состоит в среднем из 40 триллионов клеток.
Критерии жизни (что отличает живые организмы от неживых объектов? ) Онтогенез, или рост и индивидуальное развитие Оплодотворение яйцеклетки и формирование зиготы (фото под сканирующим электронным микроскопом) Человеческий эмбрион на стадии 8 клеток (3 дня) (фото под световым микроскопом)
Критерии жизни (что отличает живые организмы от неживых объектов? ) Адаптивная эволюция: Любой организм способен приспосабливаться к внешним условиям, в том числе избегать неблагоприятные. При этом живым существам свойственно развитие и усложнение не только в ходе онтогенеза, но и в череде поколений, то есть эволюция. Эволюция приводит к адаптации организмов к меняющимся условиям на планете, усложнению организации и увеличению разнообразия.
Практическое значение биологии: § Гуманитарное § Технологическое § Медицинское
Практическое значение биологии: гуманитарное ( «Гуманитарное» = обращенное к человеку) • Одна из важнейших задач биологии – формирование материалистического мировоззрения. Материализм – научно-философское направление, исходящее из признания объективного существования материального мира (закономерности которого познаваемы) независимо от человеческого сознания. • Другая важная задача – формирование экологического мышления. Человек – неотъемлемая часть биосферы и включен в ее циклы.
Практическое значение биологии: технологическое Сельское хозяйство и марикультура; обработка продуктов, пищевая биотехнология. Биология – научная основа производства продуктов питания. Сельское хозяйство, агрономия • • Технологии обработки продуктов питания, пищевые биотехнологии Бионика Производство биотоплива и биогаза. Текстильная промышленность Генная инженерия микроорганизмов Сельскохозяйственная генная инженерия
Практическое значение биологии: медицинское Биология – теоретическая основа медицины. Научная медицина началась с анатомии, изучающей строение тела и его частей. Болезни в большинстве случаев вызваны генными нарушениями или различными паразитами, среди которых вирусы, бактерии, грибы, простейшие, беспозвоночные. Их изучение тоже входит в задачи биологии. Другие медикобиологические науки: • иммунология; • физиология; • трансплантология; • фармакология; • эпидемиология; • паразитология. . . • и другие.
Основные идеи (концепции) современной биологии (7) т. е. это те самые важные и главные принципы жизни, которые открыла биология за всё время своего развития, в максимально упрощенном виде.
Основные идеи (концепции) современной биологии (7) Сначала все вместе. 1. Жизнь материальна. 2. Жизнь устроена системно и иерархично. 3. Жизнь способна к самовоспроизводству на основе репликации. 4. Живым системам свойственны гомеостаз и гомеокинез. 5. Абиогенное изначальное происхождение жизни и факт биологической эволюции. 6. Биосоциальность человека. 7. Концепция устойчивого развития биосферы и принцип экологической безопасности. А теперь о каждой немного подробнее.
Основные идеи (концепции) современной биологии 1. Жизнь материальна, и ее основу составляет обмен веществ и энергии. Материя = веществá + поля (энергия) Все процессы, имеющие место при функционировании живых существ, являются физическими и химическими реакциями, хорошо изученными на сегодняшний день. Это является противоположностью мнения об идеальности жизни ( «первична идея, разум, а материя вторична» ). То есть, согласно этой концепции, первична материя, разум вторичен. В свою очередь, взаимосвязь энергии и массы выражается в самой знаменитой в мире формуле E=mc 2, являющейся одним из следствий Специальной теории относительности, выведенной Эйнштейном в 1905 году.
Основные идеи (концепции) современной биологии 1. Жизнь материальна «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка. » Диалектика природы, 1882 ← Ф. Энгельс (1820 -1895) Он не был биологом, и ничего не знал про ДНК и прочее, но суть поймал в целом верно. Обмен веществ и энергии – основной способ существования жизни и ее поддержания. Живые организмы поддерживают свое существование за счет обмена веществ и диссипации (рассеивания) внешней энергии.
Основные идеи (концепции) современной биологии 2. Жизнь устроена системно и иерархично Жизнь проявляется не только на уровне организмов, но и в системах более крупных, и более мелких, по принципу матрёшки. Иерархия – наличие в системе нескольких соподчиненных подуровней Разные уровни организации жизни (системы и подсистемы) проявляют все критерии жизни: • и экосистемы, • и популяции, • и организмы, • и отдельные клетки.
Основные идеи (концепции) современной биологии 3. Жизнь способна к самовоспроизводству на основе репликации В основе размножения организмов лежат разновидности деления клеток (в основе полового р-я – мейоз, в основе бесполого – митоз). В основе размножения клеток лежит процесс удвоения молекул ДНК (как самых важных для клетки информационных молекул) – репликация. Схема процесса репликации ДНК
Основные идеи (концепции) современной биологии 4. Живым системам свойственны гомеостаз и гомеокинез Гомеостаз – способность поддерживать постоянство внутренней среды; структурнофункциональная целостность и саморегуляция. Гомеокинез – способность перестраиваться для лучшей адаптации к меняющимся условиям. Эти свойства проявляют не только организмы, но и все прочие живые системы (клетки, организмы, популяции, экосистемы)
Основные идеи (концепции) современной биологии 5. Абиогенное происхождение жизни и факт биологической эволюции Биологическая эволюция является научным фактом, доказанным многочисленными экспериментальными данными. См. , например, А. Марков, «Рождение сложности» Новые виды и наследуемые признаки являются результатом эволюции, протекающей на основе генетической изменчивости при решающей роли естественного отбора.
Основные идеи (концепции) современной биологии 5. Абиогенное происхождение жизни и факт биологической эволюции Эволюция – изменения наследуемых признаков в биологических популяциях в череде поколений. Абиогенез = абиогенное (=небиогенное, из неживой материи) изначальное происхождение жизни на Земле путем биохимической эволюции. Является наиболее признанной теорией происхождения жизни. (см. http: //en. wikipedia. org/wiki/Origin_of_life)
Основные идеи (концепции) современной биологии 5. Абиогенное происхождение жизни и факт биологической эволюции Биохимическая эволюция: неорганические вещества биологические вещества (аминокислоты и белки, липиды и нуклеиновые кислоты) Абиогенез возможен только при особом сочетании внешних условий: • особый химический состав воды в океанах; • особый состав атмосферы (CO 2, NH 3, SO 2, CH 4. . . ); • атмосферные электрические разряды (молнии); • большие временные сроки. Подобные условия не встречаются в природе в настоящее время (но были на Земле 3, 6 – 3, 8 млрд лет назад), и могут быть примерно смоделированы только в лаборатории. (см. эксперимент Миллера – Юри). Поэтому есть оговорка, что абиогенез – изначальное происхождение жизни. первые примитивные живые клетки Фрэнк Миллер
Основные идеи (концепции) современной биологии 6. Человек – биосоциальное существо. Человек разумный – биологическое существо. Мы принадлежим к царству Животных, типу Хордовых, классу Млекопитающих, отряду Приматов, семейству Гоминид, роду Человек имеет все признаки, свойственные представителям этих таксонов (=систематических групп). Вместе с тем, разум человека, способность к речи и другие, формируются только в социуме, человеческом обществе. Человек биологическое существо продукт общества
Основные идеи (концепции) современной биологии 7. Концепция устойчивого развития биосферы и принцип экологической безопасности. Биосфере, как глобальной экосистеме, также свойственны гомеостаз и развитие, как и другие критерии жизни. У устойчивости биосферы есть свой предел, и превышении уровня антропогенного (или иного) воздействия на нее может произойти катастрофа - разрушение биосферы.
Скачать презентацию Концепции современного естествознания Жизнь человек биосфера лектор Сергей
KSE Lection 1.ppt