Тема 7 Современная биологическая картина мира Рассмотрим

Тема 7. Современная биологическая картина мира

Рассмотрим следующие вопросы 1. Свойства живого. Структурные уровни организации живого. 2. Концепции происхождения жизни. 3. Фундаментальные теории биологии.

Биология – совокупность наук о живой природе, многообразии существовавших и существующих живых организмов, их строении и функциях, происхождении, распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой.

Разделы биологии По изучаемым свойствам живого в биологической науке выделяются: • морфология — наука о строении живых организмов; • молекулярная биология, изучающая микроструктуру живых тканей и клеток; • экология, рассматривающая образ жизни растений и животных в их взаимосвязи с окружающей средой; • генетика, исследующая законы наследственности и изменчивости и др.

Главные свойства живого 1. Наличие метаболизма, или обмена веществ; 2. Способность к передаче наследственной информации и самовоспроизведению; 3. Изменчивость под воздействием мутаций.

Определение сущности живого Жизнь есть форма существования высокоорганизованных неравновесных открытых систем, в структуре которых решающую роль играют белки и нуклеиновые кислоты; эти системы способны к обмену веществ, самовоспроизведению путем передачи наследственной информации и изменчивости на основе мутаций.

Обмен веществ (метаболизм) совокупность протекающих в живых системах химических превращений, обеспечивающих их жизнедеятельность, рост, воспроизведение, развитие, самосохранение, постоянный контакт с окружающей средой, способность адаптироваться к ней и ее изменениям.

Самовоспроизведение (репродукция) Размножение необходимо для того, чтобы обеспечить непрерывность существования видов, так как продолжительность жизни отдельного организма ограничена. Размножение с избытком компенсирует потери, обусловленные естественным отмиранием особей, и таким образом поддерживает сохранение вида в ряду поколений особей.

Наследственность обеспечивает материальную преемственность (поток генетической информации) между поколениями организмов.

Изменчивость Проявляется изменчивость в разнообразии организмов, принадлежащих к одному и тому же виду. Изменчивость может реализовываться у отдельных организмов в ходе их индивидуального развития или в пределах группы организмов в ряду поколений при размножении.

Саморегуляция Важным свойством живого выступает также саморегуляция. Саморегуляция — это внутреннее свойство биологических систем автоматически поддерживать на некотором необходимом уровне параметры протекающих в них процессов.

Структурные уровни организации живого • • • молекулярно-генетический; клеточный; организменный; популяционно-видовой; биогеноценотический; биосферный.

Молекулярно-генетический уровень На данном уровне организации жизни элементарной единицей являются гены, несущие в себе коды наследственной информации.

Клеточный уровень Клетка является структурной и функциональной единицей, а также единицей размножения и развития всех живых организмов на Земле. Она может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы), так и в составе тканей многоклеточных животных, растений, грибов. Единственное исключение из этого правила – вирусы – неклеточные формы жизни, но вирусы могут проявлять свойства живых систем только в клетках.

Виды живых организмов По признаку клеточного строения все живые организмы делятся на доклеточные и клеточные. • • Клеточные организмы включают четыре царства: безъядерные, растения, грибы и животные.

Доклеточные формы жизни Вирусы Фаги

Растения

Грибы

Животные

Организменный уровень живого Организменный уровень связан с жизнедеятельностью отдельных биологических особей, дискретных индивидов. Индивид, особь — неделимая и целостная единица жизни на Земле.

Популяционно-видовой уровень живого Этот уровень образуют свободно скрещиваемые между собой (т. е. дающие полноценное потомство) особи одного и того же вида. Вид – это совокупность свободно скрещиваемых между собой особей. Популяция – это совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания.

Биогеоценотический уровень живого Биогеоценозы – совокупность организмов разных видов и различной сложности организации, обитающие на определенных участках Земли, со всеми факторами среды обитания. Рациональное использование природных ресурсов невозможно без знания структуры и законов функционирования биогеоценозов, или экосистем.

Биосферный уровень живого Биосферный уровень включает всю совокупность живых организмов Земли, существующих в тесной взаимосвязи с окружающей природной средой. Т. е. это самая крупная единица организации живой материи на Земле. На биосферном уровне происходит круговорот веществ и энергии на Земле с участием всех живых организмов биосферы.

Проблема происхождения жизни Решение этой проблемы предполагает нахождение ответов на следующие вопросы: 1. 2. 3. 4. Где возникла жизнь? Когда возникла жизнь? Из чего (неживого или живого) возникла жизнь? Как возникла жизнь? В современной биологии проблема происхождения жизни – это проблема появления первой клетки или ее отдельных компонентов: белков/нуклеиновых в виде доклеточных структур.

Концепции происхождения жизни • • • божественного сотворения (креационизма); вечности жизни во Вселенной (стационарного состояния); непрерывного самозарождения живого из неживого (самопроизвольного зарождения жизни); панспермии; однократного абиогенеза (биохимической эволюции).

Концепция божественного сотворения (креационизма) Эта концепция включает три основные идеи: 1. Сверхъестественное, т. е. не подчиненное законам природы, творение жизни Богом. 2. Единовременность акта создания всех живых существ; 3. Постоянство, неизменность всех видов живых организмов, ибо Творец не может создать чего-либо несовершенного, нуждающегося в улучшении.

Концепция вечности жизни во Вселенной (стационарного состояния) Согласно теории стационарного состояния, жизнь существовала всегда, и только изменялись ее формы.

Концепция непрерывного самозарождения живого из неживого (самопроизвольного зарождения жизни) Возникла еще в античности под влиянием таких фактов, как появление червей в гниющем мясе, земле, отбросах, мышей в мешках с зерном и т. п. Однако невозможность произвольного зарождения жизни сначала была доказана экспериментами итальянского ученого Ф. Реди (1626 -1698) в XYII в. Окончательно версия о самозарождении была развенчана Л. Пастером (1822 -1895) в середине XIX в. Пастер показал, что не только в запаянном сосуде, но и в незакрытой колбе с длинной S-образной горловиной хорошо прокипяченный бульон остается стерильным, потому что в колбу через такую горловину не могут проникнуть микробы. Это доказывало, что в наше время какой бы то ни было новый организм может появиться только от другого живого существа (биогенез).

Концепция панспермии Жизнь на Землю была занесена из космоса с помощью «небесных странников» (метеоритов, комет и т. п. ) или инопланетян. После открытия космических лучей и выяснения действия радиации на биологические объекты, возникло понимание того, что примитивные организмы или зародыши должны были погибнуть под действием ультрафиолетовых и космических лучей. В результате эта концепция стала еще больше ставиться под сомнение.

Теория однократного абиогенеза (биохимической эволюции) Жизнь произошла естественным путем в результате саморазвития химических и физических процессов. Биологической эволюции предшествовала длительная химическая эволюция – возникновение все более сложных химических соединений.

Фундаментальные теории биологии 1. Теория клеточного строения живого вещества. 2. Теория наследственности. 3. Синтетическая теория эволюции.

Теория клеточного строения живого вещества Основная идея – клетка является «первокирпичиком» всех живых организмов – от амёбы до человека. Клетки животных и растений имеют примерно одинаковое строение. Клетки различаются сроком жизни, выполняемыми функциями, размерами.

Строение живой клетки • 1 - Мембрана - регулирует обмен различными веществами между клеткой и внешней средой. 2 - Цитоплазматический матрикс водная фаза с белковыми макромолекулами: - ядро, митохондрии, рибосомы и др. 3 - Ядерная мембрана - отделяет ядро от цитоплазмы. 4 - Ядро - содержит одно или два ядрышка, состоящих из РНК. 5 - Ядрышко 6 - Хромосомы - в ядре (палочки, нити, петли). Количество хромосом в клетках постоянно. В хромосоме - молекула ДНК 7 - Рибосомы - состоят из белка и РНК. На рибосомах происходит синтез белка. 8 - Митохондрии - структуры в виде палочек, нитей или гранул. В них питательные вещества окисляются, а высвобождаемая при этом энергия запасается в АТФ (аденозин-трифосфат). 9 - Лизосомы. В растительных клетках - органеллы хлоропласты, в которых содержится хлорофилл.

3 -мерная фотография клетки • Здесь показана полная электронная томограмма дрожжевой клетки: плазменная мембрана, микротрубочки и светлые вакуоли (зелёный цвет), ядро, тёмные вакуоли и тёмные везикулы (золотой), митохондрия и крупные темные везикулы (голубой), а также светлые везикулы (розовый) (иллюстрация Johanna Hoog). • (КСЕ –МГИМО)

От клетки – до организма Специализированные группы клеток образуют различные ткани организма (например, мышечную). А несколько типов тканей образуют органы, в частности, сердце. Группы органов, отвечающих за выполнение общей функции организма, называют системами организма, (например, пищеварительная).

Теория наследственности Наследственность – способность организмов передавать определенные признаки и свойства (например, цвет глаз, длину хвоста) своему потомству. Вместе с изменчивостью наследственность обеспечивает постоянство и многообразие форм жизни и лежит в основе эволюции живой природы.

Наука о наследственности Генетика – наука о законах, механизмах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими.

Основные понятия генетики (1) • Мутация (от лат. mutatio – изменение, перемена) – внезапное изменение наследственных структур организма (его генотипа), вызванное естественным или искусственным путем; мутация является основой наследственной изменчивости в живой природе.

Основные понятия генетики (2) • Ген – отрезок молекулы ДНК, содержащий информацию о структуре одного белка, и ответственный за его синтез. Геном человека содержит несколько десятков тысяч генов. • Ген (от лат. genes – рождающий) – наследственный фактор живого, функционально неделимая единица наследственной информации. По химическому составу гены относятся к нуклеиновым кислотам (ДНК и РНК).

Основные понятия генетики (3) • Генотип (от ген + греч. tipos – отпечаток, форма, образец) – совокупность всех наследственных свойств особи, локализованных в ее хромосомах. • Фенотип (от греч. phainon – являющийся + typos – отпечаток) – совокупность всех свойств и признаков организма, сформировавшихся в процессе его индивидуального развития (онтогенеза), в отличие от его наследственных свойств, его генотипа. Фенотип формируется в результате взаимодействия наследственных свойств организма (генотипа) и условий среды обитания.

Основные понятия генетики (4) • Хромосома(ы) (от греч. chroma – цвет и soma – тело) – самовоспроизводящийся структурный элемент клеточного ядра, содержащий ДНК, в которой заключена генетическая (наследственная) информация. Хромосомы – носители генов.

Хромосомная теория наследственности Важным достижением стала созданная в начале XX в. хромосомная теория наследственности, согласно которой: • хромосома состоит из генов; • гены расположены в ней в линейном порядке; • ген – неделимая корпускула наследственности; • в мутациях ген изменяется как целое.

Синтетическая теория эволюции Эволюция (от лат. evolution – развертывание) – одна из форм движения в природе и обществе; постепенное изменение и развитие. Биологическая эволюция – это длительный процесс возникновения новых видов растений и животных.

Основные идеи синтетической теории эволюции • 1. Элементарной «клеточкой» эволюции считается не организм (как у Ламарка), не вид (как у Дарвина), а популяция. • 2. Источником эволюции являются мутации, носящие обычно случайный характер. • 3. Наследственные изменения популяции вызываются не только в результате а) естественного отбора, а также еще трех факторов – б) мутационного процесса, поставляющего эволюционный материал, в) популяционных волн (колебаний численности популяции), г) изоляции популяции. • 4. Макроэволюция, т. е. возникновение родов, отрядов и классов идет лишь путем микроэволюции – путем возникновения новых видов. Возникновение сразу новых родов, отрядов и классов запрещено. • 5. Эволюция непредсказуема и не имеет какой-либо конечной цели.

Учебная литература • Горелов А. А. Концепции современного естествознания. М. , 2008. Глав 14 -16. • Концепции современного естествознания / Под ред. В. Н. Лавриненко, В. П. Ратникова. 4 е изд. , перераб. и доп. М. , 2008. Глава 8. • Концепции современного естествознания / Под ред. С. И. Самыгина. 4 -е изд. , перераб. и доп. Ростов н/Д. , 2003. Раздел Y, §§ 2 -5. • Свиридов В. В. Концепции современного естествознания. 2 -е изд. СПб. , 2005. С. 120145, 226 -241.

Автор презентации Презентацию лекции по теме «Современная биологическая картина мира» подготовил: Панычик А. В. , доцент кафедры философии и культурологии РГЭУ «РИНХ» - 2011 г.