Обзор основных концепций современной биологии Методы биологии

Обзор основных концепций современной биологии. Методы биологии.

МЕТОДЫ БИОЛОГИИ Эмпирические методы: 1. Наблюдение - изучение объектов живой природы в естественных условиях существования ; 2 Экспериментальный метод (опыт) - исследования живых объектов в условиях экстремального действия факторов среды ; 3. Сравнительный (исторический) метод выявляет эволюционные преобразования биологических видов и их сообществ. Теоретический (системный) метод: Живые объекты рассматриваются как системы, то есть совокупности элементов с определенными отношениями. С учетом иерархичности живых систем каждый объект может рассматриваться одновременно как система и как элемент системы более высокого порядка

Концепции современной биологии 1. Концепция системной многоуровневой организации жизни; 2. Концепция материальной сущности жизни; 3. Концепция биологической информации и самовоспроизведения жизни. Онтогенез. 4. Концепция саморегуляции живых систем; 5. Концепция самоорганизации и биологической эволюции.

1. КОНЦЕПЦИЯ СИСТЕМНОЙ МНОГОУРОВНЕВОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИЗНИ: все живые объекты являются системами разного уровня сложности, биологические системы образуют непрерывную иерархию уровней структурно-функциональной организации.

Живая открытая система

Уровни и подуровни организации живых систем Уровни Молекулярногенетический Онтогенетический Подуровни Органическая молекула Макромолекула, в том числе ген Макромолекулярный комплекс, в том числе вирус Органоид клетки Клетка Ткань Организм Популяционновидовой Популяция Вид Биогеоценотически й Сообщество, биоценоз Биогеоценоз Биосфера

Заключение по концепции 1 1. Все объекты природы являются системами; 2. Живые системы имеют разную степень сложности от молекул до биосферы - и представляют в совокупности многоступенчатую иерархию уровней организации; 3. Каждый уровень организации жизни имеет свои специфические свойства, закономерности структуры, функции, развития, приобретает новые качественные характеристики; 4. Принципиальный качественный скачок наблюдается при переходе от макромолекулярных комплексов к клеткам - появляется качество жизни как свойство определенного уровня сложности материи.

2. КОНЦЕПЦИЯ МАТЕРИАЛЬНОЙ СУЩНОСТИ ЖИЗНИ: жизнь материальна, ее физико химическую основу составляет обмен веществ и энергии.

Метаболические пути

Заключение по концепции 2 1. Жизнь материальна; 2. Физико-химическую основу жизни составляет обмен веществ и энергии; 3. Движение есть всеобщее свойство материи - это способ её существования; 4. Жизнь - это особенная форма движения особенно сложно устроенной материи, качественно отличная от форм движения неорганической материи.

3. КОНЦЕПЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ И САМОВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЖИЗНИ. ОНТОГЕНЕЗ: Живые организмы воспроизводятся на основе собственной (генетической) информации при взаимодействии с внешней (эпигенетической) информацией. Результатом этого взаимодействия является индивидуальное развитие организмов (онтогенез).

Схема онтогенеза

Центральная догма молекулярной генетики, её реализация в биосинтезе белка

Репликация ДНК, клеточный цикл и дифференцировка клеток

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО КОНЦЕПЦИИ 3 1. Самовоспроизведение и индивидуальное развитие неотъемлемое свойство и способ существования организмов; 2. Индивидуальное развитие организма детерминировано ( «преформировано» ) на уровне генетической информации, в молекулах ДНК, в генах; 3. Развитие находится под многосторонним эпигенетическим контролем и управлением. Единство генетических и эпигенетических факторов развития можно трактовать как единство преформизма и эпигенеза.

4. КОНЦЕПЦИЯ САМОРЕГУЛЯЦИИ ЖИВЫХ СИСТЕМ: системы поддерживают относительное постоянство своих внутренних связей и условий функционирования (гомеостаз) на основе сочетания прямых положительных и обратных отрицательных связей.

Лактозный оперон как пример регуляции

Регуляция конечным продуктом

Регуляция пищевого поведения

Регуляция пролиферации кейлонами

Саморегуляция в популяции

Саморегуляция биоценоза

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО КОНЦЕПЦИИ 4 1. Саморегуляция и поддержание устойчивого состояния гомеостаз - обязательное свойство любых живых систем; 2. Регулируется и поддерживается относительное постоянство физико-химических параметров на всех иерархических уровнях живого; 3. В основе поддержания гомеостаза лежит универсальный принцип; обратной отрицательной связи; 4. В то же время живые системы всех уровней направленно и необратимо изменяются, самоорганизуются, что составляет сущность их развития; 5. Направленное изменение биосистемы противоположно гомеостазу, оно происходит на основе обратных положительных связей.

5. КОНЦЕПЦИЯ САМООРГАНИЗАЦИИ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ: основные положения синергетики объясняющие механизм самоорганизующихся процессов 1. Самоорганизующаяся система должна быть открытой ; 2. Система должна быть неравновесной; 3. Образование нового порядка через флуктуации; 4. Самоорганизация ведет к новому порядку согласно принципу обратной положительной связи, по которому отклонения в системе не устраняются, а напротив, закрепляются и усиливаются; 5 Самоорганизация ведет к нарушению симметрии - структура и свойства системы до и после точки бифуркации не симметричны; 6. Самоорганизация возможна при некотором критическом количестве элементов в системе, достаточном для возникновения их кооперативного поведения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО КОНЦЕПЦИИ 5 1. Живой мир возник на планете Земля вскоре после ее формирования - около 3, 5 млрд. лет тому назад - в результате самоорганизации из неживых химических систем; 2. С тех времен живые организмы в составе популяций, сообществ, биогеоценозов претерпевают необратимое историческое развитие – филогенез; 3. Основными движущими силами биологической эволюции являются наследственная изменчивость и естественный отбор популяций организмов, наиболее приспособленных к меняющимся условиям среды; 4. Биологическая эволюция совершается параллельно и взаимообусловленно с геологической перестройкой Земли; 5. Сформированное биоразнообразие включает эволюционно молодые группы, а также и группы древние, создавшие такие виды, которые были способны выиграть борьбу за существование с новыми, более сложными организмами и занять свободные экологические ниши.