МЕДИЦИНСКАЯ БИОЛОГИЯ И ГЕНЕТИКА
Учебный план Лекции по нечетным неделям и практические занятия в соответствии с модульной системой обучения. Необходимо иметь – общую тетрадь, альбом для рисования, тетрадь для текущих контролей, цветные карандаши. Текущий тестовый контроль в начале каждого занятия, в конце занятий защита выполненной работы. Рубежный контроль после каждого модуля. Итоговый контроль практических навыков. Экзамен в весеннюю сессию. Расчёт рейтинга.
В 1931 году медицинский факультет Казанского государственного университета был преобразован в медицинский институт. В этом же году в была открыта кафедра биологии. Организатором и первым заведующим кафедрой (1931 1967) был Всеволод Владимирович Изосимов. До создания медицинского института В. В. Изосимов состоял на службе в Казанском государственном университете, исполняя обязанности преподавателя ассистента при кабинете гистологии и эмбриологии. В период 1937— 1985 гг кафедра биологии находилась в здании Физиологического института по ул. Университетская д. 13.
В 1890 году при медицинском факультете Казанского императорского университета (1814 г) открывается гистологический и физиологический кабинеты в отдельном лабораторном корпусе.
Биоло гия (греч. βιολογία; от др. греч. βίος — жизнь + λόγος — учение, наука) — система наук, объектами изучения которой являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой. Биология изучает все аспекты жизни, в частности, структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле. Классифицирует и описывает живые существа, происхождение их видов, взаимодействие между собой и с окружающей средой.
В рамках биологии выделяют отдельные науки Ботаника Зоология Микробиология (бактериология, вирусология) Паразитология Анатомия Физиология Цитология Гистология Эмбриология Генетика Палеонтология Антропология Экология На стыке биологии химии и физики развились в самостоятельные научные дисциплины биохимия и биофизика.
Биология — дословно в переводе с греч. — учение о жизни. Ж. Б. Ламарк в 1802 году ввёл в обращение термин «биология» . Он сделал это одновременно и независимо от немецкого учёного Готфрида Рейнхольда Тревирануса. В настоящем понимании биология — наука о живом. Биология изучает все живые системы (организмы), от вирусов до высших растений и животных, закономерности их развития, строения и жизнедеятельности. Живые системы в результате миллиардов лет эволюции произошли из неживого и обладают качественно новым свойством «жизнь» . Ни одно из органических веществ, выделенных из живых организмов или синтезированных in vitro не проявляет свойства живого. Не существует изолированных «живых веществ» . Организованное взаимодействие органических и неорганических веществ порождает живую систему.
Признаки живых систем Обмен веществ (синтез и распад неорганических и органических веществ, обмен веществ с окружающей средой, потребление пищи, внешних источников энергии) Нуклеиновые кислоты (размножение, эволюция). Все живые организмы способны размножаться и оставлять потомство. Эволюция состоит из трёх компонентов: наследственность (передавать признаки от родителей к потомкам); изменчивость (потомки отличаются от своих родителей); отбор (дифференциальная селекция потомков с лучшими признаками). Движение (белков, цитоплазмы, клетки, организма) Раздражимость (свет, звук, температура, среда) Гомеостаз (постоянство внутренней среды: кальций, глюкоза) Каждая клетка организма может размножаться, расти, передавать информацию, отвечать на стимулы, выполнять уникальные химические реакции. Эти способности определяют жизнь, которая начинается рождением и заканчивается смертью. Многоклеточные организмы содержат миллиарды или триллионы клеток, организованных в функциональные структуры. При этом существуют одноклеточные организмы, имеющие такие же жизненные характеристики, из чего следует, что клетка это фундаментальная единица жизни.
Существует пять принципов, объединяющих все биологические дисциплины в единую науку о живой материи: Клеточная теория — учение обо всём, что касается клеток. Клетка — базовая единица жизни. Согласно клеточной теории, всё живое вещество состоит из одной или более клеток, либо из продуктов секреции этих клеток. Например, раковины, кости, кожа, слюна, желудочный сок, ДНК, вирусы. Базовые механизмы и химия всех клеток во всех земных организмах сходны; клетки происходят только от ранее существовавших клеток, которые размножаются путём клеточного деления. Клеточная теория описывает строение клеток, их деление, взаимодействие с внешней средой, состав внутренней среды и клеточной оболочки, механизм действия отдельных частей клетки и их взаимодействия между собой. Эволюция. Через естественный отбор и генетический дрейф наследственные признаки популяции изменяются из поколения в поколение. .
Теория гена. Признаки живых организмов передаются из поколения в поколение вместе с генами, которые закодированы в ДНК. Информация о строении живых существ или генотип используется клетками для создания фенотипа, наблюдаемых физических или биохимических характеристик организма. Хотя фенотип, проявляющийся за счёт экспрессии генов, может подготовить организм к жизни в окружающей его среде, информация о среде не передаётся назад в гены. Гомеостаз. Способность открытых систем регулировать свою внутреннюю среду так, чтобы поддерживать её постоянство посредством множества корректирующих воздействий, направляемых регуляторными механизмами. Все живые существа, как многоклеточные, так и одноклеточные, способны поддерживать гомеостаз. На клеточном уровне, например, поддерживается постоянная кислотность внутренней среды (p. H). На уровне организма у теплокровных животных поддерживается постоянная температура тела. В ассоциации с термином экосистема под гомеостазом понимают, в частности, поддержание растениями постоянной концентрации атмосферной двуокиси углерода на Земле. Энергия. Выживание любого организма зависит от постоянного притока энергии. Энергия черпается из веществ, которые служат пищей, и посредством специальных химических реакций используется для построения и поддержания структуры и функций клеток. В этом процессе молекулы пищи используются как для извлечения энергии, так и для синтеза биологических молекул собственного организма.
В прошлом существовали две противоположные точки зрения в оценке явления жизни — механицизм и витализм: Механицизм «принцип жизни сводится к обмену веществ, протекающим по химическим, физическим и механическим законам» и «вероятно ещё другим неоткрытым законам» , способным объяснить живое состояние. Витализм обмен веществ происходит под контролем «жизненной силы» , объединяющей множество процессов в гармоничное целое, за которым стоит «я» как управляющая психическая сила. В 19 веке состоялись выдающиеся открытия химии и физики, виталисты быстро теряли своих сторонников. Виталисты утверждали, что органические вещества могут возникать только с помощью «жизненной силы» , но уже в 1828 г. Вёлер из неорганических веществ синтезировал мочевину азотсодержащее органическое вещество животного происхождения. Знаменитый французский микробиолог Луи Пастер считал, что разложение сахара (брожение, дыхание) особое свойство живых клеток, но в 1897 г. Бухнер получил из дрожжей ферментный экстракт и провел брожение сахаров в бесклеточной системе, то есть без всякой «жизненной силы» . Сильный удар по витализму нанесло открытие Рубнера: в начале 20 века он установил, что закон сохранения энергии действует и в органическом, живом мире.
Марксистско ленинская философия ØЖизнь это особая форма движения материи, качественно отличная от форм движения, свойственных неорганическому миру. (Ф. Энгельс) ØМатерия (философская категория для обозначения объективной реальности) это общее свойство всех вещей, что они существуют вне сознания и независимо от него. Способ существования материи это движение. (В. Ленин) ØТри формы движения: неорганическое движение, жизнь и человеческое общество. (К. Маркс) Фридрих Энгельс дал следующее определение: «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» .
Зарождение живого из неживого Согласно библейской легенде весь мир, наша планета и её население были созданы в шесть дней волей всемогущего творца. Рецепты алхимика Ян Ван Гельмонта: 1. Зарождение мышей. «Насыпь в горшок зерна, заткни его грязной рубашкой и жди» . 2. Превращение базилика в скорпионов. 3. Известен опыт ван Гельмонта, когда взяв 200 фунтов сухой земли и ивовую ветвь весом 5 фунтов, выращивал её, поливая только дождевой водой. Вес ивы через 5 лет составлял 164 фунта, а вес земли уменьшился всего на 2 унции. Ван Гельмонт сделал ошибочный вывод, что материал, из которого образовалось дерево, произошёл из воды, использованной для полива. Ян Баптиста ван Гельмонт (1580 — 1644) — химик, физиолог; химическим путём стремился найти средство от всех болезней; считал химические процессы началом многих явлений. «Вся жизнь — это химия»
Теория химической эволюции или пребиотическая эволюция Все теории зарождения жизни можно разделить на две группы: одни постулируют зарождение жизни на Земле, другие — вне Земли. По геологическим масштабам, жизнь на Земле возникла почти сразу после того, как появилась сама Земля. Ученые считают, что на это потребовалось не более 500– 700 млн лет из 4, 6 млрд лет существования Земли. Планеты сформировались из газопылевого облака на орбитах, где были условия для каталитического синтеза органических соединений, и что первичные органические соединения, из которых потом могла появиться жизнь, образовались уже на допланетной стадии эволюции Солнечной системы. Орбита Земли занимает самое выгодное положение, где есть вода и летучие газы. Первый этап эволюции жизни — возникновение органических, пребиотических веществ из неорганических молекул под влиянием внешних энергетических и селекционных факторов, а также в результате процессов самоорганизации углеродсодержащих молекул.
Гипотеза А. И. Опарина (1924) и Дж. Холдейна. Жизнь возникла в океанах, где перед этим на вулканических островах, в термических скважинах с пресной водой сформировался насыщенный пребиотический бульон из различных органических соединений (метан простейший углеводород, аммиак, водород, углекислый газ). В результате химических реакций под действием высокой температуры, молний, УФ излучения Солнца и прочих факторов в пребиотическом бульоне начали образовываться первые биополимеры.
Эксперимент Миллера — Юри, в котором симулировались гипотетические условия раннего периода развития Земли для проверки возможности химической эволюции. Фактически это был экспериментальный тест гипотезы Александра Опарина и Джона Холдейна. В 1983 году Миллер был удостоен Медали Опарина.
После одной недели непрерывного цикла Миллер и Юри обнаружили, что 10— 15 % углерода перешло в органическую форму. Около 2 % углерода оказались в виде аминокислот, причём глицин оказался наиболее распространённой из них. Были также обнаружены сахара, липиды и предшественники нуклеиновых кислот. Первичный анализ показал наличие в конечной смеси 5 аминокислот. Интересно, что повторный анализ проб Миллера, проведённый через 50 лет (2008 году) его бывшим сотрудником Джеффри Бейдом с использованием современных методов исследования, обнаружил в пробах из «вулканического» аппарата 22 аминокислоты.
Мир РНК как предшественник современной жизни То обстоятельство, что РНК может содержать наследственную информацию, позволило Уолтеру Гилберту (1986) выдвинуть предположение, что в древности РНК использовалась как в качестве генетического материала, так и в качестве катализаторов и структурных компонентов клетки, а впоследствии эти роли были перераспределены между ДНК и белками. Эта гипотеза сейчас известна как Гипотеза мира РНК. Предполагается, что первые живые существа были РНК организмы, способные синтезировать собственные копии. В 1989 году Томас Чек и Сидни Альтман получили Нобелевскую премию по химии за «обнаружение каталитических свойств РНК» . Рибозимы — молекулы РНК, обладающие ферментативной активностью и поэтому способные соединять в себе функции, которые в клетках выполняют по отдельности белки и ДНК, то есть катализировать биохимические реакции и хранить наследственную информацию. Активная часть рибосомы — молекулярной машины, осуществляющей синтез белков — является рибозимом.
Живая материя «По крайней мере часть жизни — это химия» заявил Фридрих Велер в 1828 году. Когда ему удалось синтезировать мочевину из хлорида аммония и циниада серебра, разрушив стену, разделяющую миры химии и биологии. Элементарный состав Живые организмы избирательно поглощают из окружающей среды определённые элементы Макроэлементы: Н, С, О, N, S, P, Ca, Mg, K, Fe, Na, Cl Микроэлементы: Cu, Mn, Zn, Mo, Co, F, J, Se Химические соединения Неорганические соединения Органические соединения
Неорганические соединения Вода. Организм человека в основном состоит из воды. Её содержание в общей массе тела постепенно уменьшается от 75% у новорождённых до 55% у пожилых людей. Внутриклеточная жидкость (55% всей воды организма) Внеклеточная жидкость (45% всей воды организма) Вода служит растворителем, обеспечивает транспорт (диффузию) веществ, является средой для химических реакций. Na. Cl (регуляция объёма клеток) СO 2 (клеточное дыхание) H 2 PO 4 (синтез АТФ) HCl (желудочный сок) H 2 CO 3 (газообмен, бикарбонатный барьер) Ca 3(PO 4)2 (минерализация костного матрикса)
Органические соединения Нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) Белки (ферменты, транспортёры, каналы, рецепторы, гормоны, цитоскелет). Глюконеогенез. Приблизительно 60% аминокислот в белках организма могут легко превращаться в углеводы. Различные аминокислоты могут превращаться в ацетилкоэнзим A с последующим переходом в триглицериды. Углеводы (синтез АТФ, гликоген, гликокаликс, гиалуроновая кислота). Излишки углеводов превращаются в триглицериды (трансформация углеводов в ацетилкоэнзим A) и накапливаются в жировой ткани. Липиды (биологические мембраны, триглицериды, синтез АТФ, образование тепла, миелин, гормоны). Витамины (анемия, цинга, рахит)
Структурная организация живых систем ØБиосферный ØБиогеоценотический (экологическая система) ØПопуляционно видовой (особи одного вида в определённом месте) ØОрганизменный ØСистема органов ØОрганный ØСтруктурно функциональная единица ØТкань ØКлетка ØОрганелла ØМолекула ØАтом
Изучение биологии в древности В античном мире (греко римская древность) Гиппократу принадлежат первые сведения о строении животных и человека, описание костей, мышц, сухожилий, головного и спинного мозга. Гиппократ учил: «Необходимо, чтобы каждый врач понимал природу» . В трактате «О воздухах, водах и местностях» излагаются наблюдения и теоретические рассуждения о влиянии факторов окружающей среды на здоровье человека и о связи их с болезнями. Гиппократ, древнегреческий врач (460— 377 гг. до н. э. ) Врачебная клятва Гиппократа, отражающая моральные нормы поведения врача.
Естествознание и философия античного мира представлены в трудах Аристотеля. Он описал более 500 видов животных и сделал первую попытку их классификации. Аристотель интересовался строением и образом жизни животных. Им были заложены основы зоологии. Аристотель оказал огромное влияние на дальнейшее развитие естествознания и философии. Аристо тель (384 до н. э. , Стагир — 322 до н. э. , Халкида, остров Эвбея) — древнегреческий философ. Ученик Платона. С 343 до н. э. — воспитатель Александра Македонского.
Работы Аристотеля в области изучения и систематизации знаний о растениях продолжил Теофраст. Его называют «отцом ботаники» . Написал две книги о растениях: «Историю растений» и «Причины растений» , в которых даются основы классификации и физиологии растений, описано около 500 видов растений, Теофраст, или Феофраст, или Тиртамос, или Тиртам род. ок. 370 до н. э. , в г. Эрес, остров Лесбос — ум. между 288 до н. э. и 285 до н. э. , в Афинах) — древнегреческий философ, естествоиспытатель, теоретик музыки.
Расширением знаний о строении человеческого тела античная наука обязана римскому врачу Галену. Гален, впервые применив живосечение, демонстрировал вскрытие собак, свиней, медведей, жвачных, даже обезьян. Поскольку вскрытие человеческих тел тогда считалось кощунством, изучать анатомию человека Гален мог разве что на раненых гладиаторах и казненных разбойниках. Описал около 300 мышц человека, четверохолмие среднего мозга, семь пар черепномозговых нервов, блуждающий нерв. Кровь образуется в печени из пищи и движется по венам, слепо заканчивающимся в органах. Гален (129 или 131 — около 200 или около 210) — античный медик.
Упадок науки в Средневековье На смену рабовладельческому обществу пришел феодализм, охватывающий период Средневековья. Наука переживала упадок, стала, по выражению К. Маркса, «служанкой богословия» . Церковь утверждала, что в естествознании все проблемы уже решены учеными древности, поэтому в изучении живой природы нет необходимости. «Мудрость мира – есть безумие перед богом» , – поучала церковь. Библия была объявлена книгой «божественного откровения» . Все объяснения явлений природы не должны были противоречить ни Библии, ни сочинениям древних. Церковь жестоко карала всех прогрессивных мыслителей и исследователей, поэтому накопление знаний в эпоху Средневековья шло очень медленно.
Эпоха Возрождения и развитие науки Важным рубежом в развитии науки являлась эпоха Возрождения (XIV–XVI вв. ). С этим периодом связано зарождение нового общественного класса – буржуазии. Однако развивающемуся естествознанию нужно было еще отстаивать свои права на существование, вести жестокую борьбу с церковью. Еще продолжали пылать костры инквизиции. Мигель Сервет (1511– 1553 гг. ), открывший малый круг кровообращения (в книге «Восстановление христианства» ), был объявлен еретиком и сожжен на костре.
История микроскопии как глава история биологии В 1590 г. изготовители очков голландцы Ганс Янсен и его сын Захарий Янсен известны как искусные шлифовальщики стёкл. В 1608 г голландцы «очковых дел мастера» Иоганн Липперсгей и Яков Адриансен привезли в Гаагу изготовленные ими «перспективные трубы» . Труба из белой жести, длиной чуть больше фута (30 см), на каждом из её концов вмонтировано по стеклу для очков. Труба создавала увеличенные изображения объектов.
Галиле о Галиле й (1564 — 1642) — итальянский физик, механик, астроном, философ и математик. В 1609 году конструирует первый телескоп и направляет его в небо. В 1624 году Галилео Галилей изобретает составной микроскоп с выпуклой и вогнутой линзами оккиолино (occhiolino — «маленький глаз» ). Друг Галилея Джованни Фабер в 1625 году дал название прибора — «микроскоп» по аналогии с телескопом.
Ро берт Гук (1635 — 1703) — английский естествоиспытатель, учёный энциклопедист. В 1665 г. Роберт Гук публикует свой труд «Микрография» , собрание биологических гравюр микромира, где вводит термин клетка для тех структур, которые он обнаружил в коре пробкового дерева.
Марче лло Мальпи ги (1628 — 1694) итальянский биолог и врач. В своих анатомических исследованиях Мальпиги одним из первых использовал микроскоп, дававший увеличение до 180 раз. Впервые наблюдал капилляры в лёгких и открыл связь между артериями и венами, что не удалось Уильяму Гарвею, описавшему большой и малый круги кровообращения (1628). Помимо анатомических исследований, Мальпиги изучал строение растений. Микроскопическое клеточное строение растений опубликовано в книге «Анатомия растений» (1671).
Антони ван Ле венгук (1632 — 1723) — голландский натуралист, улучшает микроскоп (увеличение в 275 раз), открывает мир одноклеточных организмов. В 1673 г опубликованы «Философские записки» в журнале Лондонского королевского общества. 1673, амёба 1679, сперматозоид 1684, эритроцит
Клеточная теория М. Шлейдена (растения, 1838) и Т. Шванна (животные, 1839). Клеточное строение растительных и животных организмов. При всём многообразии клетки построены и функционируют одинаковым образом. Маттиас Якоб Шлейден (1804 — 1881) — немецкий биолог (ботаник) и общественный деятель.
Современные положения КТ 1. Клетка — основная единица строения и развития всех живых организмов, является наименьшей структурной единицей живого. 2. Клетки всех организмов (как одно , так и многоклеточных) сходны по химическому составу, строению, основным проявлениям обмена веществ и жизнедеятельности. 3. Размножение клеток происходит путем их деления (каждая новая клетка образуется при делении материнской клетки); в сложных многоклеточных организмах клетки имеют различные формы и специализированы в соответствии с выполняемыми функциями. Сходные клетки образуют ткани; из тканей состоят органы, которые образуют системы органов, они тесно взаимо связаны и подчинены нервным и гуморальным механизмам регуля ции (у высших организмов).
Теодор Шванн (1810 — 1882) — немецкий цитолог, гистолог и физиолог.
Становление гистологии как науки В 1819 (от греч. histos — ткань и logos — учение) немецкий исследователь Paul Mayer вводит термин «Гистология» . Основоположник современной гистологии немецкий анатом Rudolf Kolliker в 1852 г вводит современную классификацию тканей. Французский анатом Marie Francois Bichat (1771 1802 гг. ) вводит в биологию термин «ТКАНЬ» и описывает 21 тип. ØЭпителиальная ØСоединительная ØМышечная ØНервная
Вирхов — основатель клеточной патологии, в которой патологические процессы в организме сводятся к изменениям в жизнедеятельности клеток. Как антрополог, Вирхов много содействовал своими работами установлению анатомических особенностей рас. Как биолог он устоял против механических воззрений на явления жизни и выдвинул знаменитый тезис «omnis cellula e cellula» (клетка происходит только от клетки), завершивший, между прочим, собой знаменитый спор биологов о самозарождении организмов. Ру дольф Людвиг Карл Ви рхов (нем. Rudolf Ludwig Karl Virchow; 13 октября 1821, Свидвин, Померания — 5 сентября 1902, Берлин) — великий немецкий учёный и политический деятель второй половины XIX столетия, врач, патологоанатом, гистолог, физиолог, основоположник клеточной теории в биологии и медицине, теории клеточной патологии в медицине; был известен также как археолог, антрополог и палеонтолог.
Лауреат нобелевской премии по медицине 1906 г. , создатель нейронной теории. Вторая половина премии присуждена Камило Гольджи за открытие метода импрегнации нервной ткани азотнокислым серебром (теория интерстициальных нервных сетей). Сантьяго Рамон и Кахаль (1852 1934) — испанский врач, нейрогистолог.
До сих пор в научной литературе резонирует пророческое высказывание Кахаля: «…в конце развития родники роста и регенерации аксонов и дендритов высыхают безвозвратно. Посередине взрослости нервные пути — нечто фиксированное, законченное и неизменное. Всё может погибнуть, ничто не может регенерировать. Науке будущего предписано изменить, если возможно, это суровое правило» (Cajal, 1928). Только в зубчатой извилине гиппокампа молодых взрослых крыс образуется около 138 тысяч новых гранулярных нейронов в месяц, что составляет около 6% от их общего количества. Многочисленные эксперименты и математические модели свидетельствуют, что вновь образованные нейроны принимают прямое участие в когнитивных процессах, включая обучение и память
Ками лло Го льджи (1843 — 1926) — итальянский врач и учёный.
Систематика живой материи В книге Methodus plantarum novae (1682) Джон Рэй дал первую научную концепцию вида. Вид — группа живых организмов: ØСходные строением, физиологией, поведением ØИмеющие общее происхождение ØСвободно скрещивающиеся между собой ØДающие плодовитое потомство ØИмеют общую область обитания Джон Рей (1627 — 1705) — английский натуралист. На земле около 500 тыс. видов растений и более 2 млн. видов животных. Начало современному научному описанию и систематизированию этого многообразия положил шведский учёный Карл Линней.
Карл Линне й (1707 — 1778) — шведский естествоиспытатель и врач, создатель единой системы растительного и животного мира. Карл Линней заложил основы современной биноминальной (бинарной) номенклатуры — способ обозначения видов при помощи двухсловного названия (биномена), состоящего из сочетания двух названий или имен: имени рода и имени вида. «Система природы» — считается основополагающим сочинением в традиции научной биологической систематики. Первое издание вышло в 1735 году в Лейдене. Он делил природный мир на три «царства» : минеральное, растительное и животное, использовав четыре уровня ( «ранга» ): классы, отряды, роды и виды. «Видов столько, сколько их создал творец» . Первоначально шкала Цельсия имела ноль в точке кипения воды и 100 градусов в точке замерзания. Линней «перевернул» шкалу после смерти Андерса Цельсия в 1745 г.
Таксономические категории Надцарство Царство Тип Подтип Класс Подкласс Отряд Подотряд Семейство Подсемейство Род Подрод Вид Подвид Разновидность Форма Надцарство ядерных (эукариот), царство животных, тип хордовых, подтип позвоночных, класс млекопитающих, отряд приматов, семейство гоминид, род человек, вид Человек разумный (Homo sapiens). Таксоно мия (от др. греч. — строй, порядок и — закон) — учение о принципах и практике классификации и систематизации.
Теория эволюции Жан Батист Пьер Антуан де Моне Ламарк (1744 — 1829) — французский учёный естествоиспытатель. Ламарк стал первым биологом, который попытался создать стройную и целостную теорию эволюции живого мира (Теория Ламарка), изложенную в книге «Философия зоологии» , вышедшей в 1809 году. Обстоятельства влияют на форму и организацию животных… значительное изменение обстоятельств приводит к существенным изменениям в потребностях, а изменение этих последних по необходимости влекут за собой изменения в действиях. И вот, если новые потребности становятся постоянными или весьма длительными, животные приобретают привычки, которые оказываются столь же длительными, как и обусловившие их потребности … внутренняя организация таких индивидуумов, в конце концов, изменяется. Потомство, получающееся при скрещивании таких индивидуумов, сохраняет приобретённые изменения и, в результате образуется порода, сильно отличающаяся от той, индивидуумы которой все время находились в условиях, благоприятных для их развития.
Чарльз Ро берт Да рвин (1809 — 1882) — английский натуралист и путешественник, одним из первых осознал и наглядно продемонстрировал, что все виды живых организмов эволюционируют во времени от общих предков. В своей теории, первое развёрнутое изложение которой было опубликовано в 1859 году в книге «Происхождение видов путём естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» , основной движущей силой эволюции Дарвин назвал естественный отбор и неопределённую изменчивость.
Эволюционная теория объясняет единство живых систем общностью их происхождения. Экология дополняет учение о единстве живых систем раскрывая механизмы постоянно происходящих в природе обмена веществ и энергии (круговорот веществ в природе). В классическом понимании экология наука об отношениях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. Наука, изучающая взаимоотношения живой и неживой природы. Термин «экология» предложен в 1869 г. немецким биологом Эрнстом Геккелем и образован от греческих слов oikos ─ дом и logos ─ наука. В буквальном смысле слова экология это наука о живых организмах в местах их обитания. Эрнст Ге нрих Фили пп А вгуст Ге ккель (1834 — 1919) — немецкий естествоиспытатель и философ.
Экосистема Основная структурно функциональная единица в экологии — экосистема. Экосистема — целостный природный комплекс — сообщество различных видов организмов и среды их обитания, находящихся во взаимосвязи друг с другом. Любая экосистема включает в себя две главные составляющие: Øэкотоп — совокупность абиотических факторов (климатические, почвенно грунтовые); Øбиоценоз — совокупность живых организмов: животных (зооценоз), растений (фитоценоз), грибов (микоценоз), микроорганизмов (микробоценоз). Различают: Øмикроэкосистемы — муравейник, космический корабль Øмезоэкосистемы — лес, река, село, город Øмакроэкосистемы — океан, континент, островные государства Øглобальную экосистему — биосфера — интеграция всех экосистем
Биосфера Все живые организмы планеты объединяются в глобальную экосистему Земли биосферу (литосфера, гидросфера и атмосфера). Понятие биосфера в 1875 г вводит австрийский геолог Эдуард Зюсс (1831 1914). Современное учение о биосфере сформулировал Владимир Иванович Вернадский (1863 1945). Биосфера представляет собой оболочку Земли, включающую в себя как область распространения живого вещества, так и само это вещество. Эдуард Зюсс (1831 — 1914) австрийский геолог. За миллиарды лет существования биосфера прошла сложный путь развития, который именуется биогенезом. С появлением человека и развитием цивилизации стала формироваться ноосфера «сфера разума» . Этот «разумный» этап развития биосферы В. И. Верна дский (1863 — 1945) именуют ноогенезом и, следовательно, русский и советский учёный, биосфера трансформировалась в ноосферу. естествоиспытатель.
Прорыв в молекулярной и популяционной Грегор Мендель открыл закономерности биологии наследования моногенных признаков, что стало первым шагом на пути к современной генетике. В 1865 г. Мендель изложил результаты своих опытов по скрещиванию гороха в книге «Опыты над растительными гибридами» . Стал считать количественное проявление признака!!! Грегор Иоганн Мендель (1822 — 1884) — австрийский биолог и ботаник. Церковная должность настоятель — Августинского монастыря.
Закон доминирования признаков (первый закон Менделя). При скрещивании двух гомозиготных организмов, относящихся к разным чистым линиям и отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков, всё первое поколение гибридов (F 1) окажется единообразным и будет нести признак одного из родителей Закон расщепления (второй закон Менделя) При скрещивании двух гетерозиготных потомков первого поколения (F 1) между собой во втором поколении (F 2) наблюдается расщепление в определенном числовом отношении: по фенотипу 3: 1, по генотипу 1: 2: 1. Закон независимого наследования (третий закон Менделя). При скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по двум (и более) парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях
Хромосомная теория наследственности Томас Морган обосновал хромосомную теорию наследственности (1911— 1926), согласно которой хромосомы, заключённые в ядре клетки, являются носителями генов и представляют собой материальную основу наследственности. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1933 года «За открытия, связанные с ролью хромосом в наследственности» . Томас Хант Морган (1866 — 1945) — американский биолог, один из основоположников генетики.
Основные положения хромосомной теории наследственности ØГены локализованы в хромосомах. Различные хромосомы содержат разное количество уникальных генов. ØАллельные гены занимают одинаковые локусы в гомологичных хромосомах. ØГены расположены в хромосоме в линейной последовательности. ØГены одной хромосомы образуют группу сцепления, то есть наследуются преимущественно сцепленно (совместно), благодаря чему происходит сцепленное наследование некоторых признаков. Число групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом данного вида (у гомогаметного пола) или больше на 1 (у гетерогаметного пола). ØСцепление нарушается в результате кроссинговера, частота которого прямо пропорциональна расстоянию между генами в хромосоме (поэтому сила сцепления находится в обратной зависимости от расстояния между генами). ØКаждый биологический вид характеризуется определенным набором хромосом — кариотипом.
Молекула ДНК 5 1 Структура двойной спирали ДНК была предложена Френсисом Криком и Джеймсом Уотсоном в 1953 году на основании рентгеноструктурных данных, полученных Морисом Уилкинсом и Розалинд Франклин. По правилу Уотсона Крика (комплементарного спаривания нуклеотидов) две антипараллельные цепи полинуклеотидов соединены водородными связями в парах A–T и G–C.
Джеймс Дью и Уо тсон (1928) — американский биолог. «Люди разных рас имеют разные интеллектуальные способности, что обусловлено генетически» Фрэнсис Крик (1916 — 2004) — британский молекулярный биолог, врач и нейробиолог. Лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине 1962 года — совместно с Морисом Уилкинсом с формулировкой «за открытия, касающиеся молекулярной структуры нуклеиновых кислот и их значения для передачи информации в живых системах» . Результаты работы впервые были опубликованы 30 мая 1953 года в журнале Nature.
Природа генетического кода В статье, опубликованной в журнале Nature в 1961 году, Френсис Крик с соавторами предположили четыре свойства генетического кода: Ø три азотистых основания (триплет) кодируют одну аминокислоту Ø триплеты генетического кода не перекрываются Ø последовательности триплетов считываются с определенной начальной точки, знаки препинания внутри кодирующей последовательности отсутствуют Ø одна аминокислота может быть закодирована разными триплетами — вырожденность (избыточность) генетического кода. 61 кодон кодирует 20 аминокислот. УАА, УАГ и УГА нонсенс кодоны (стоп кодоны).
Центральная догма молекулярной биологии Правило реализации генетической информации было сформулировано Френсисом Криком в 1958 году и приведено в соответствие с накопившимися к тому времени данными в 1970 году. Переход генетической информации от ДНК к РНК и от РНК к белку является универсальным для всех без исключения клеточных организмов и лежит в основе биосинтеза макромолекул. Репликации генома соответствует информационный переход ДНК → ДНК. В природе встречаются также переходы РНК → РНК и РНК → ДНК (например у некоторых вирусов).
Геном человека: прошлое, настоящее, будущее • 1984 1986 гг. – планирование проекта «Геном человека» . • 1990 г. начало международной программы «Геном человека» • 1998 г. – частная компания Celera запускает независимый проект по расшифровке генома человека. • Февраль 2001 г. – опубликованы черновые варианты генома человека двумя группами ученых в журналах Nature и Science. • Апрель 2003 г. полная расшифровка генома (бюджет 1990 2003 3, 5 млрд USD) • Декабрь 2010 г. – расшифрованы геномы около 3000 индивидов (включая одного русского в российской лаборатории) • Декабрь 2011 г. – ожидаемое число расшифрованных геномов – 30 000 (около 100 научных центров). Ожидаемая стоимость расшифровки одного генома – 5000 USD. Время расшифровки – 1 сутки. • С 2010 г. – начало проектов «Миллион геномов человека» , «Расшифровка генома за 1000 USD» , «Геномы злокачественных опухолей» и др.
Расшифровка геномов других видов: состояние на 2011 г. • 250 геномов эукариот (мышь, собака, крыса, шимпанзе, корова, птицы, лягушка, пчела, дрозофила, растения и др. ) Человек и обезьяна действительно похожи. На уровне ДНК сходство между Homo sapiens и Pan troglodytes — шимпанзе — превышает 98 процентов. • 4000 геномов прокариот (вирусы, бактерии). • Некоторые древние виды (мамонт, неандерталец) • Начало проекта «Геномы 10 000 позвоночных»
11 сентября участники палеонтологической экспедиции «Яна-2012» заявили о готовности воссоздать доисторического мамонта из обнаруженных останков. Первый и самый сложный этап клонирования – это изоляция сохранившихся тканей с целью восстановления «живых клеток» с неповрежденными ядрами. Второй этап эксперимента: пересадка ядра из клеток мамонта в яйцеклетку слона. Третий этап предусматривает помещение зародышей в матку самки азиатского слона. Может родиться доисторическое животное, которое исчезли с лица Земли 10 тыс. лет назад.
Нобелевская премия по физиологии и медицине 2010 года присуждена британскому ученому Роберту Эдвардсу «за разработку [метода] экстракорпорального оплодотворения» (ЭКО). Эдвардс разработал этот метод в 60– 70 х годах прошлого века вместе с ныне покойным Патриком Стептоу. В 1978 году родился первый «ребенок из пробирки» . С тех пор метод ЭКО нашел широкое применение во многих странах, и с его помощью появились на свет уже около четырех миллионов детей. Этот метод не только позволяет иметь детей многим людям, которые иначе оставались бы бездетными, но и помогает предотвращать передачу детям тяжелых наследственных заболеваний.
Brown married nightclub doorman Wesley Mullinder in 2004, with Dr. Edwards attending their wedding Their son Cameron, conceived naturally, was born on 20 December 2006. She weighed 5 pounds, 12 ounces (2. 608 kg) at birth. Her younger sister, Natalie Brown, was also conceived through IVF, four years later, and became the world's fortieth IVF baby, and the first one to give birth herself—naturally—in 1999.
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2012 Sir John B. Gurdon, Shinya Yamanaka Sir John B. Gurdon Born: 1933, Dippenhall, United Kingdom Affiliation at the time of the award: Gurdon Institute, Cambridge, United Kingdom Prize motivation: "for the discovery that mature cells can be reprogrammed to become pluripotent" Shinya Yamanaka Born: 1962, Osaka, Japan Affiliation at the time of the award: Kyoto University, Kyoto, Japan, Gladstone Institutes, San Francisco, CA, USA Prize motivation: "for the discovery that mature cells can be reprogrammed to become pluripotent"
Bruce A. Beutler Jules A. Hoffmann Ralph M. Steinman
Скачать презентацию МЕДИЦИНСКАЯ БИОЛОГИЯ И ГЕНЕТИКА Учебный план Лекции
Медицинская биология_введение.ppt