Biologie jako věda. Role biologie v životě a praktické činnosti člověka

Biologie jako věda

Biologie(z řečtiny bios- život, logo- slovo, věda) je komplex věd o živé přírodě.

Předmětem biologie jsou všechny projevy života: struktura a funkce živých bytostí, jejich rozmanitost, původ a vývoj, jakož i interakce s prostředím. Hlavním úkolem biologie jako vědy je interpretovat všechny jevy živé přírody na vědeckém základě s přihlédnutím k tomu, že celý organismus má vlastnosti, které se zásadně liší od jeho složek.

Termín „biologie“ se nachází v dílech německých anatomů T. Roose (1779) a K. F. Burdacha (1800), ale teprve v roce 1802 jej poprvé samostatně použili J. B. Lamarck a G. R. Treviranus k označení vědy, která studuje živé organismy. .

Biologické vědy

Biologie v současnosti zahrnuje řadu věd, které lze systematizovat podle následujících kritérií: podle předmětu a převažujících metod výzkumu a podle úrovně organizace studované živé přírody. Podle předmětu studia se biologické vědy dělí na bakteriologii, botaniku, virologii, zoologii a mykologii.

Botanika je biologická věda, která komplexně studuje rostliny a vegetační kryt Země. Zoologie- obor biologie, nauka o rozmanitosti, stavbě, životní aktivitě, rozšíření a vztahu živočichů k prostředí, jejich původu a vývoji. Bakteriologie- biologická věda, která studuje strukturu a aktivitu bakterií, stejně jako jejich roli v přírodě. Virologie- biologická věda, která studuje viry. Hlavním předmětem mykologie jsou houby, jejich struktura a vlastnosti života. Lichenologie- biologická věda, která studuje lišejníky. Bakteriologie, virologie a některé aspekty mykologie jsou často považovány za součást mikrobiologie - obor biologie, nauka o mikroorganismech (bakterie, viry a mikroskopické houby). Systematika nebo taxonomie, je biologická věda, která popisuje a třídí do skupin všechny živé i vyhynulé tvory.

Každá z uvedených biologických věd se zase dělí na biochemii, morfologii, anatomii, fyziologii, embryologii, genetiku a systematiku (rostliny, zvířata nebo mikroorganismy). Biochemie je věda o chemickém složení živé hmoty, chemických procesech probíhajících v živých organismech a základů jejich životní činnosti. Morfologie- biologická věda, která studuje formu a strukturu organismů, jakož i zákonitosti jejich vývoje. V širokém slova smyslu zahrnuje cytologii, anatomii, histologii a embryologii. Rozlišujte mezi morfologií živočichů a rostlin. Anatomie je obor biologie (přesněji morfologie), věda, která studuje vnitřní stavbu a tvar jednotlivých orgánů, soustav i organismu jako celku. Anatomie rostlin je považována za součást botaniky, anatomie zvířat za součást zoologie a anatomie člověka je samostatnou vědou. Fyziologie- biologická věda, která studuje životní procesy rostlinných a živočišných organismů, jejich jednotlivé systémy, orgány, tkáně a buňky. Existuje fyziologie rostlin, zvířat a lidí. Embryologie (vývojová biologie)- obor biologie, nauka o individuálním vývoji organismu včetně vývoje embrya.

Objekt genetika jsou zákony dědičnosti a proměnlivosti. V současnosti jde o jednu z nejdynamičtěji se rozvíjejících biologických věd.

Podle úrovně organizace zkoumané živé přírody se rozlišuje molekulární biologie, cytologie, histologie, organologie, biologie organismů a superorganismy. Molekulární biologie je jedním z nejmladších oborů biologie, věda, která studuje zejména organizaci dědičné informace a biosyntézu bílkovin. Cytologie nebo buněčná biologie, je biologická věda, jejímž předmětem studia jsou buňky jednobuněčných i mnohobuněčných organismů. Histologie- biologická věda, obor morfologie, jejímž předmětem je stavba pletiv rostlin a živočichů. Obor organologie zahrnuje morfologii, anatomii a fyziologii různých orgánů a jejich systémů.

Organizační biologie zahrnuje všechny vědy, které se zabývají živými organismy, kupř. etologie- nauka o chování organismů.

Biologie supraorganismů se dělí na biogeografii a ekologii. Studuje distribuci živých organismů biogeografie, zatímco ekologie- organizace a fungování supraorganismů na různých úrovních: populace, biocenózy (společenstva), biogeocenózy (ekosystémy) a biosféra.

Podle převažujících výzkumných metod rozeznáváme biologii deskriptivní (například morfologie), experimentální (například fyziologie) a teoretickou.

Identifikovat a vysvětlit zákonitosti struktury, fungování a vývoje živé přírody na různých úrovních její organizace je úkol obecná biologie. Zahrnuje biochemii, molekulární biologii, cytologii, embryologii, genetiku, ekologii, evoluční vědu a antropologii. Evoluční doktrína studuje příčiny, hnací síly, mechanismy a obecné vzorce evoluce živých organismů. Jedna z jeho sekcí je paleontologie- věda, jejímž předmětem jsou fosilní pozůstatky živých organismů. Antropologie- úsek obecné biologie, nauky o původu a vývoji člověka jako biologického druhu, jakož i o diverzitě moderních lidských populací a zákonitostech jejich vzájemného působení.

Aplikované aspekty biologie jsou zahrnuty do oblasti biotechnologie, šlechtění a dalších rychle se rozvíjejících věd. Biotechnologie je biologická věda, která studuje využití živých organismů a biologických procesů ve výrobě. Je široce používán v potravinářském (pečení, sýrařství, pivovarnictví atd.) a farmaceutickém průmyslu (výroba antibiotik, vitamínů), pro čištění vody atd. Výběr- nauka o metodách tvorby plemen domácích zvířat, odrůd kulturních rostlin a kmenů mikroorganismů s vlastnostmi nezbytnými pro člověka. Selekcí se rozumí také proces proměny živých organismů, prováděný člověkem pro jeho potřeby.

Pokrok biologie úzce souvisí s úspěchy jiných přírodních a exaktních věd, jako je fyzika, chemie, matematika, informatika atd. Například mikroskopie, ultrazvuk (ultrazvuk), tomografie a další metody biologie jsou založeny na fyzikálních zákony a studium struktury biologických molekul a procesů probíhajících v živých systémech by bylo nemožné bez použití chemických a fyzikálních metod. Použití matematických metod umožňuje na jedné straně identifikovat přítomnost přirozeného spojení mezi objekty nebo jevy, potvrdit spolehlivost získaných výsledků a na druhé straně modelovat jev nebo proces. V poslední době jsou v biologii stále důležitější počítačové metody, jako je modelování. Na průsečíku biologie a dalších věd vznikla řada nových věd, např. biofyzika, biochemie, bionika ad.

Úspěchy biologie

Nejvýznamnějšími událostmi v oblasti biologie, které ovlivnily celý průběh jejího dalšího vývoje, jsou: ustavení molekulární struktury DNA a její role při přenosu informací v živé hmotě (F. Crick, J. Watson, M. Wilkins); rozluštění genetického kódu (R. Holley, H. G. Korana, M. Nirenberg); objev genové struktury a genetické regulace syntézy proteinů (A. M. Lvov, F. Jacob, J. L. Monod aj.); formulace buněčné teorie (M. Schleiden, T. Schwann, R. Virchow, K. Baer); studium zákonitostí dědičnosti a variability (G. Mendel, H. de Vries, T. Morgan aj.); formulace principů moderní systematiky (C. Linné), evoluční teorie (C. Darwin) a nauky o biosféře (V. I. Vernadskij).

„nemoc šílených krav“ (priony).

Práce na programu Human Genome, který probíhal současně v několika zemích a byl dokončen na začátku tohoto století, nás vedl k pochopení, že lidé mají asi 25–30 tisíc genů, ale informace z většiny naší DNA se nikdy nepřečtou. , protože obsahuje obrovské množství oblastí a genů kódujících vlastnosti, které pro člověka ztratily význam (ocas, ochlupení těla atd.). Kromě toho byla rozluštěna řada genů odpovědných za rozvoj dědičných onemocnění a také cílové geny pro léky. Praktická aplikace výsledků získaných při realizaci tohoto programu se však odkládá do doby, než se podaří rozluštit genomy značného počtu lidí, a pak se ukáže, jaké jsou jejich rozdíly. Tyto cíle byly stanoveny pro řadu předních laboratoří po celém světě, které pracují na implementaci programu ENCODE.

Biologický výzkum je základem medicíny, farmacie a má široké využití v zemědělství a lesnictví, potravinářství a dalších odvětvích lidské činnosti.

Je dobře známo, že teprve „zelená revoluce“ v 50. letech umožnila alespoň částečně vyřešit problém zásobování rychle rostoucí populace Země potravinami a krmivy pro dobytek zavedením nových odrůd rostlin a vyspělých technologií pro jejich pěstování. Vzhledem k tomu, že geneticky naprogramované vlastnosti zemědělských plodin jsou již téměř vyčerpány, je další řešení potravinového problému spojeno s plošným zaváděním geneticky modifikovaných organismů do produkce.

Výroba mnoha potravinářských výrobků, jako jsou sýry, jogurty, uzeniny, pečivo atd., se také neobejde bez použití bakterií a plísní, což je předmětem biotechnologie.

Znalost podstaty patogenů, procesů mnoha nemocí, mechanismů imunity, zákonitostí dědičnosti a variability umožnila výrazně snížit úmrtnost a dokonce zcela vymýtit řadu nemocí, jako jsou neštovice. S pomocí nejnovějších výdobytků biologické vědy se řeší i problém lidské reprodukce.

Značná část moderních léků je vyráběna na bázi přírodních surovin a také díky úspěchům genetického inženýrství, jako je například pro pacienty s cukrovkou tak nezbytný inzulín, je syntetizován především bakteriemi, na které odpovídající gen byl přenesen.

Biologický výzkum je neméně důležitý pro zachování životního prostředí a rozmanitosti živých organismů, jejichž hrozba vyhynutí zpochybňuje existenci lidstva.

Největší význam mezi výdobytky biologie má fakt, že tvoří dokonce základ pro konstrukci neuronových sítí a genetického kódu ve výpočetní technice a široce se využívají i v architektuře a dalších odvětvích. 21. století je bezpochyby stoletím biologie.

Metody poznávání živé přírody

Jako každá jiná věda má i biologie svůj vlastní arzenál metod. Kromě vědecké metody poznávání používané v jiných oborech se v biologii hojně využívají metody jako historické, srovnávací-popisné aj.

Vědecká metoda poznávání zahrnuje pozorování, formulaci hypotéz, experiment, modelování, analýzu výsledků a odvozování obecných zákonitostí.

Pozorování- jedná se o cílevědomé vnímání předmětů a jevů pomocí smyslů nebo přístrojů, určené úkolem činnosti. Hlavní podmínkou vědeckého pozorování je jeho objektivita, tedy možnost ověřit si data získaná opakovaným pozorováním nebo použitím jiných výzkumných metod, např. experimentu. Fakta získaná jako výsledek pozorování se nazývají data. Mohou být jako kvalitní(popisující vůni, chuť, barvu, tvar atd.), a kvantitativní a kvantitativní data jsou přesnější než kvalitativní data.

Na základě pozorovacích dat je formulován hypotéza- domnělý úsudek o přirozené souvislosti jevů. Hypotéza je testována v sérii experimentů. Experiment se nazývá vědecky vedený experiment, pozorování studovaného jevu za kontrolovaných podmínek, umožňující identifikovat vlastnosti daného objektu nebo jevu. Nejvyšší formou experimentu je modelování- studium jakýchkoli jevů, procesů nebo systémů objektů pomocí konstrukce a studia jejich modelů. V podstatě je to jedna z hlavních kategorií teorie poznání: jakákoli metoda vědeckého výzkumu, jak teoretická, tak experimentální, je založena na myšlence modelování.

Výsledky experimentů a simulací jsou předmětem pečlivé analýzy. Analýza nazývaná metoda vědeckého výzkumu rozkladem předmětu na jeho součásti nebo mentálním rozbitím předmětu pomocí logické abstrakce. Analýza je neoddělitelně spojena se syntézou. Syntéza je metoda studia předmětu v jeho celistvosti, v jednotě a propojení jeho částí. Výsledkem analýzy a syntézy se stává nejúspěšnější výzkumná hypotéza pracovní hypotéza, a pokud odolá pokusům o jeho vyvrácení a stále úspěšně předpovídá dříve nevysvětlená fakta a vztahy, pak se může stát teorií.

Pod teorie porozumět formě vědeckého poznání, které poskytuje ucelenou představu o vzorcích a základních souvislostech reality. Obecným směrem vědeckého výzkumu je dosáhnout vyšší úrovně předvídatelnosti. Pokud žádná fakta nemohou změnit teorii a odchylky od ní, ke kterým dochází, jsou pravidelné a předvídatelné, pak může být povýšena na úroveň zákon- nutný, podstatný, stabilní, opakující se vztah mezi jevy v přírodě.

Jak se soubor znalostí zvyšuje a výzkumné metody se zlepšují, hypotézy a zavedené teorie mohou být zpochybňovány, upravovány a dokonce odmítány, protože vědecké poznání samo o sobě je dynamické povahy a neustále podléhá kritické reinterpretaci.

Historická metoda odhaluje zákonitosti vzhledu a vývoje organismů, utváření jejich stavby a funkce. V řadě případů s pomocí této metody získávají nový život hypotézy a teorie, které byly dříve považovány za falešné. To se například stalo s předpoklady Charlese Darwina o povaze přenosu signálu v rostlině v reakci na vlivy prostředí.

Srovnávací-deskriptivní metoda zajišťuje anatomickou a morfologickou analýzu výzkumných objektů. Je základem klasifikace organismů, identifikování vzorců vzniku a vývoje různých forem života.

Sledování je systém opatření pro sledování, hodnocení a předpovídání změn stavu zkoumaného objektu, zejména biosféry.

Provádění pozorování a experimentů často vyžaduje použití speciálního vybavení, jako jsou mikroskopy, centrifugy, spektrofotometry atd.

Mikroskopie je široce používána v zoologii, botanice, anatomii člověka, histologii, cytologii, genetice, embryologii, paleontologii, ekologii a dalších oborech biologie. Umožňuje studovat jemnou strukturu objektů pomocí světelných, elektronových, rentgenových a dalších typů mikroskopů.

Zařízení světelného mikroskopu. Světelný mikroskop se skládá z optické a mechanické části. První zahrnuje okulár, objektivy a zrcadlo a druhý zahrnuje tubus, stativ, základnu, stolek a šroub.

Celkové zvětšení mikroskopu je určeno vzorcem:

zvětšení čočky $×$ zvětšení okuláru $-$ zvětšení mikroskopu.

Pokud například čočka zvětší předmět o $8$ krát a okulár o $7$, pak celkové zvětšení mikroskopu je $56$.

Diferenciální centrifugace nebo frakcionace, umožňuje oddělit částice podle jejich velikosti a hustoty pod vlivem odstředivé síly, která se aktivně využívá při studiu struktury biologických molekul a buněk.

Arzenál biologických metod je neustále aktualizován a v současné době je téměř nemožné jej plně pokrýt. Proto budou některé metody používané v jednotlivých biologických vědách diskutovány níže.

Role biologie při utváření moderního přírodovědného obrazu světa

Biologie ve fázi svého utváření ještě neexistovala odděleně od ostatních přírodních věd a omezovala se pouze na pozorování, studium, popis a klasifikaci zástupců živočišného a rostlinného světa, byla to tedy věda popisná. To však nezabránilo starověkým přírodovědcům Hippokratovi (asi 460–377 př. n. l.), Aristotelovi (384–322 př. n. l.) a Theophrastovi (vlastním jménem Tirtham, 372–287 př. n. l.) významně přispět k rozvoji představy o stavbě lidského těla a zvířat, jakož i o biologické rozmanitosti zvířat a rostlin, čímž položil základy lidské anatomie a fyziologie, zoologie a botaniky.

Prohlubování znalostí o živé přírodě a systematizace dříve nashromážděných faktů, ke kterému došlo v 16.–18. století, vyvrcholilo zavedením binárního názvosloví a vytvořením harmonické taxonomie rostlin (C. Linné) a živočichů (J. B. Lamarck ).

Popis značného počtu druhů s podobnými morfologickými charakteristikami a také paleontologické nálezy se staly předpoklady pro rozvoj představ o původu druhů a cestách historického vývoje organického světa. Experimenty F. Rediho, L. Spallanzaniho a L. Pasteura v 17.–19. století tak vyvrátily hypotézu spontánního generování, prosazovanou Aristotelem a převládající ve středověku, a teorii biochemické evoluce A. I. Oparina a J. Haldane, brilantně potvrzený S. Millerem a G. Yurim, nám umožnil odpovědět na otázku o původu všeho živého.

Pokud proces vzniku živých věcí z neživých složek a jejich evoluce samy o sobě již nevzbuzují pochybnosti, pak mechanismy, cesty a směry historického vývoje organického světa stále nejsou zcela pochopeny, protože ani jeden z nich hlavní konkurenční evoluční teorie (syntetická evoluční teorie vytvořená na základě teorie C. Darwina a teorie J. B. Lamarcka) stále nemohou poskytnout vyčerpávající důkazy.

Využití mikroskopie a dalších metod příbuzných věd, díky pokroku v oblasti jiných přírodních věd, jakož i zavedení experimentální praxe, umožnilo německým vědcům T. Schwannovi a M. Schleidenovi formulovat buněčnou teorii již v r. 19. století, později doplněné R. Virchowem a K. Baerem. Stalo se nejdůležitějším zobecněním v biologii, které tvořilo základní kámen moderních představ o jednotě organického světa.

Objev zákonitostí přenosu dědičné informace českým mnichem G. Mendelem posloužil jako impuls pro další překotný rozvoj biologie ve 20.–21. století a vedl nejen k objevu univerzálního nositele dědičnosti – DNA, ale také genetický kód, jakož i základní mechanismy řízení, čtení a variability dědičné informace .

Vývoj představ o životním prostředí vedl ke vzniku takové vědy, jako je ekologie, a formulace učení o biosféře jako komplexní vícesložkový planetární systém vzájemně propojených obrovských biologických komplexů, ale i chemických a geologických procesů probíhajících na Zemi (V.I. Vernadsky), což v konečném důsledku umožňuje alespoň v malé míře omezit negativní důsledky lidské ekonomické činnosti.

Biologie tak hrála důležitou roli při utváření moderního přírodovědného obrazu světa.

Úroveň organizace a evoluce. Hlavní úrovně organizace živé přírody: buněčná, organismická, populačně-druhová, biogeocenotická, biosféra. Biologické systémy. Obecná charakteristika biologických systémů: buněčná stavba, vlastnosti chemického složení, metabolismus a přeměna energie, homeostáza, dráždivost, pohyb, růst a vývoj, rozmnožování, evoluce

Úroveň organizace a evoluce

Živá příroda není homogenní útvar jako krystal, je reprezentována nekonečnou rozmanitostí svých základních objektů (jen v současnosti jsou popsány asi 2 miliony druhů organismů). Tato rozmanitost zároveň není důkazem chaosu, který v ní vládne, protože organismy mají buněčnou strukturu, organismy stejného druhu tvoří populace, všechny populace žijící na jednom kousku země nebo vody tvoří společenstva a v interakci s těly neživé přírody tvoří biogeocenózy, které zase tvoří biosféru.

Živá příroda je tedy systém, jehož složky lze seřadit v přísném pořadí: od nižšího k vyššímu. Tento princip organizace umožňuje rozlišit jednotlivce úrovně a poskytuje komplexní pochopení života jako přírodního jevu. Na každé úrovni organizace je určena elementární jednotka a elementární jev. Tak jako základní jednotka uvažovat o struktuře nebo předmětu, jejichž změny představují příspěvek specifický pro odpovídající úroveň k procesu uchování a rozvoje života, přičemž tato změna sama o sobě je elementární jev.

Vytvoření takové víceúrovňové struktury nemohlo nastat okamžitě - je to výsledek miliard let historického vývoje, během něhož docházelo k progresivní komplikaci forem života: od komplexů organických molekul k buňkám, od buněk k organismům, atd. Jakmile se tato struktura vytvoří, udržuje svou existenci díky složitému regulačnímu systému a dále se vyvíjí a na každé z úrovní organizace živé hmoty dochází k odpovídajícím evolučním přeměnám.

Hlavní úrovně organizace živé přírody: buněčná, organismická, populačně-druhová, biogeocenotická, biosféra

V současné době existuje několik hlavních úrovní organizace živé hmoty: buněčná, organismická, populačně-druhová, biogeocenotická a biosférická.

Buněčná úroveň

Přestože projevy některých vlastností živých organismů jsou již dány interakcí biologických makromolekul (bílkovin, nukleových kyselin, polysacharidů atd.), jednotkou struktury, funkcí a vývoje živých tvorů je buňka, která je schopna nést a propojení procesů implementace a přenosu dědičných informací s metabolismem a přeměnou energie, čímž je zajištěno fungování vyšších úrovní organizace. Elementární jednotkou buněčné úrovně organizace je buňka a elementárním fenoménem jsou reakce buněčného metabolismu.

Organizační úroveň

Organismus je ucelený systém schopný samostatné existence. Podle počtu buněk, které tvoří organismy, se dělí na jednobuněčné a mnohobuněčné. Buněčná úroveň organizace u jednobuněčných organismů (améba vulgaris, zelená euglena atd.) se shoduje s úrovní organismu. V historii Země bylo období, kdy byly všechny organismy zastoupeny pouze jednobuněčnými formami, které však zajišťovaly fungování jak biogeocenóz, tak biosféry jako celku. Většina mnohobuněčných organismů je reprezentována souborem tkání a orgánů, které mají zase také buněčnou strukturu. Orgány a tkáně jsou přizpůsobeny k provádění specifických funkcí. Elementární jednotkou této úrovně je jedinec ve svém individuálním vývoji, neboli ontogenezi, proto se také nazývá úroveň organismu ontogenetické. Elementárním jevem na této úrovni jsou změny v těle v jeho individuálním vývoji.

Populační-druhová úroveň

Populace- jedná se o soubor jedinců stejného druhu, volně se mezi sebou křížících a žijících odděleně od jiných podobných skupin jedinců.

V populacích dochází k volné výměně dědičných informací a jejich předávání potomkům. Populace je elementární jednotkou populačně-druhové úrovně a elementárním fenoménem jsou v tomto případě evoluční transformace, jako jsou mutace a přírodní výběr.

Biogeocenotická úroveň

Biogeocenóza představuje historicky vytvořené společenství populací různých druhů, vzájemně propojených s prostředím metabolismem a energií.

Biogeocenózy jsou elementární systémy, ve kterých dochází k látkovému a energetickému cyklu, určovanému životně důležitou činností organismů. Samotné biogeocenózy jsou elementárními jednotkami dané úrovně, zatímco elementárními jevy jsou toky energie a koloběhy látek v nich. Biogeocenózy tvoří biosféru a určují všechny procesy, které se v ní vyskytují.

Úroveň biosféry

Biosféra- obal Země obývaný živými organismy a jimi přetvářený.

Biosféra je nejvyšší úrovní organizace života na planetě. Tento obal pokrývá spodní část atmosféry, hydrosféru a horní vrstvu litosféry. Biosféra, stejně jako všechny ostatní biologické systémy, je dynamická a je aktivně přetvářena živými bytostmi. Sama je elementární jednotkou úrovně biosféry a za elementární jev jsou považovány procesy oběhu látek a energie, ke kterým dochází za účasti živých organismů.

Jak již bylo zmíněno výše, každá z úrovní organizace živé hmoty přispívá k jedinému evolučnímu procesu: v buňce se nejen reprodukuje vložená dědičná informace, ale dochází i k její změně, což vede ke vzniku nových kombinací vlastnosti a vlastnosti organismu, které zase podléhají působení přirozeného výběru na populačně-druhové úrovni atd.

Biologické systémy

Biologické objekty různého stupně složitosti (buňky, organismy, populace a druhy, biogeocenózy a samotná biosféra) jsou v současnosti považovány za biologické systémy.

Systém je jednota konstrukčních prvků, jejichž vzájemné působení dává vzniknout novým vlastnostem ve srovnání s jejich mechanickou celistvostí. Organismy se tedy skládají z orgánů, orgány jsou tvořeny tkáněmi a tkáně tvoří buňky.

Charakteristickými rysy biologických systémů jsou jejich integrita, princip úrovně organizace, jak bylo diskutováno výše, a otevřenost. Integrita biologických systémů je z velké části dosahována samoregulací fungující na principu zpětné vazby.

NA otevřené systémy zahrnují systémy, mezi kterými dochází k výměně látek, energie a informací mezi nimi a prostředím, například rostliny v procesu fotosyntézy zachycují sluneční světlo a absorbují vodu a oxid uhličitý, přičemž uvolňují kyslík.

Obecná charakteristika biologických systémů: buněčná stavba, vlastnosti chemického složení, metabolismus a přeměna energie, homeostáza, dráždivost, pohyb, růst a vývoj, rozmnožování, evoluce

Biologické systémy se od těl neživé přírody liší souborem znaků a vlastností, z nichž hlavními jsou buněčná struktura, chemické složení, metabolismus a přeměna energie, homeostáza, dráždivost, pohyb, růst a vývoj, rozmnožování a evoluce.

Základní stavební a funkční jednotkou živého tvora je buňka. Dokonce i viry, které patří k nebuněčným formám života, nejsou schopny vlastní reprodukce mimo buňky.

Existují dva typy buněčné struktury: prokaryotické A eukaryotické. Prokaryotické buňky nemají vytvořené jádro, jejich genetická informace je soustředěna v cytoplazmě. Mezi prokaryota patří především bakterie. Genetická informace v eukaryotických buňkách je uložena ve speciální struktuře – jádru. Eukaryota zahrnují rostliny, zvířata a houby. Pokud jsou u jednobuněčných organismů všechny projevy života vlastní buňce, pak u mnohobuněčných organismů dochází ke specializaci buňky.

V živých organismech se nenachází jediný chemický prvek, který by se nevyskytoval v neživé přírodě, ale jejich koncentrace se v prvním a druhém případě výrazně liší. V živé přírodě převládají prvky jako uhlík, vodík a kyslík, které jsou součástí organických sloučenin, neživou přírodu charakterizují především anorganické látky. Nejvýznamnějšími organickými sloučeninami jsou nukleové kyseliny a proteiny, které zajišťují funkce sebereprodukce a samoudržování, ale žádná z těchto látek není nositelem života, protože ani jednotlivě, ani ve skupině nejsou schopny sebereprodukce - to vyžaduje integrální komplex molekul a struktur, kterým je buňka.

Všechny živé systémy, včetně buněk a organismů, jsou systémy otevřené. Avšak na rozdíl od neživé přírody, kde dochází především k přesunu látek z jednoho místa na druhé nebo ke změně jejich shlukování, jsou živé bytosti schopny chemické přeměny spotřebovaných látek a využití energie. Metabolismus a přeměna energie jsou spojeny s procesy, jako je výživa, dýchání a vylučování.

Pod jídlo obvykle rozumíme vstup do těla, trávení a asimilaci látek nezbytných pro doplňování energetických zásob a budování těla těla. Podle způsobu výživy se všechny organismy dělí na autotrofy A heterotrofy.

Autotrofy- jedná se o organismy, které jsou schopny syntetizovat organické látky z anorganických.

Heterotrofy- Jedná se o organismy, které konzumují hotové organické látky pro potravu. Autotrofy se dělí na fotoautotrofy a chemoautotrofy. Fotoautotrofy využívat energii slunečního světla k syntéze organických látek. Proces přeměny světelné energie na energii chemických vazeb organických sloučenin se nazývá fotosyntéza. Naprostá většina rostlin a některé bakterie (například sinice) jsou fotoautotrofní. Fotosyntéza obecně není příliš produktivní proces, v důsledku čehož je většina rostlin nucena vést připoutaný životní styl. Chemoautotrofy extrahovat energii pro syntézu organických sloučenin z anorganických sloučenin. Tento proces se nazývá chemosyntéza. Typickými chemoautotrofy jsou některé bakterie, včetně sirných bakterií a bakterií železa.

Zbývající organismy – živočichové, houby a převážná většina bakterií – jsou heterotrofní.

Dýchání je proces štěpení organických látek na jednodušší, při kterém se uvolňuje energie nezbytná k udržení života organismů.

Rozlišovat aerobní dýchání, vyžadující kyslík a anaerobní, vyskytující se bez účasti kyslíku. Většina organismů jsou aerobní, i když anaeroby lze nalézt také mezi bakteriemi, houbami a zvířaty. Při dýchání kyslíku mohou být složité organické látky rozloženy na vodu a oxid uhličitý.

Vylučováním se obvykle rozumí odstranění z těla konečných produktů metabolismu a přebytku různých látek (voda, soli atd.) přijatých z potravy nebo v ní vytvořených. Procesy vylučování jsou zvláště intenzivní u zvířat, zatímco rostliny jsou extrémně ekonomické.

Díky metabolismu a energii je zajištěn vztah těla k prostředí a udržována homeostáza.

Homeostáza- jedná se o schopnost biologických systémů odolávat změnám a udržovat relativní stálost chemického složení, struktury a vlastností, jakož i zajišťovat stálost fungování v měnících se podmínkách prostředí. Adaptace na měnící se podmínky prostředí se nazývá adaptace.

Podrážděnost- to je univerzální vlastnost živých tvorů reagovat na vnější a vnitřní vlivy, což je základem adaptace organismu na podmínky prostředí a jeho přežití. Reakce rostlin na změny vnějších podmínek spočívá např. v natáčení listových čepelí směrem ke světlu a u většiny živočichů má složitější formy reflexního charakteru.

Hnutí- integrální vlastnost biologických systémů. Projevuje se nejen ve formě pohybu těl a jejich částí v prostoru, například v reakci na podráždění, ale také v procesu růstu a vývoje.

Nové organismy, které se objevují jako výsledek reprodukce, nedostávají od svých rodičů hotové vlastnosti, ale určité genetické programy, možnost rozvoje určitých vlastností. Tato dědičná informace se realizuje během individuálního vývoje. Individuální vývoj se zpravidla projevuje v kvantitativních a kvalitativních změnách v těle. Kvantitativní změny v těle se nazývají růst. Projevují se například v podobě nárůstu hmotnosti a lineárních rozměrů organismu, který je založen na reprodukci molekul, buněk a dalších biologických struktur.

Vývoj organismu- jedná se o výskyt kvalitativních rozdílů ve struktuře, komplikaci funkcí atd., která je založena na diferenciaci buněk.

Růst organismů může pokračovat po celý život nebo skončit v určité specifické fázi. V prvním případě mluvíme o neomezený nebo otevřený růst. Je charakteristický pro rostliny a houby. V druhém případě se zabýváme omezený nebo uzavřený růst, charakteristický pro zvířata a bakterie.

Délka existence jednotlivé buňky, organismu, druhu a dalších biologických systémů je časově omezena především vlivem faktorů prostředí, proto je nutná neustálá reprodukce těchto systémů. Reprodukce buněk a organismů je založena na procesu autoduplikace molekul DNA. Rozmnožování organismů zajišťuje existenci druhu a rozmnožování všech druhů obývajících Zemi zajišťuje existenci biosféry.

Dědičnost nazývat přenos charakteristik rodičovských forem v průběhu řady generací.

Pokud by však byly charakteristiky zachovány během reprodukce, adaptace na měnící se podmínky prostředí by byla nemožná. V tomto ohledu se objevila vlastnost opačná k dědičnosti - variabilita.

Variabilita- to je možnost osvojování si nových vlastností a vlastností během života, což zajišťuje evoluci a přežití těch nejpřizpůsobenějších druhů.

Vývoj je nevratný proces historického vývoje živých tvorů.

Je to založeno na progresivní rozmnožování, dědičná variabilita, boj o existenci A přírodní výběr. Působení těchto faktorů vedlo k obrovské rozmanitosti forem života přizpůsobených různým podmínkám prostředí. Progresivní evoluce prošla řadou stádií: precelulární formy, jednobuněčné organismy, stále složitější mnohobuněčné organismy až po člověka.

Genetika, její úkoly. Dědičnost a variabilita jsou vlastnosti organismů. Genetické metody. Základní genetické pojmy a symbolika. Chromozomální teorie dědičnosti. Moderní představy o genu a genomu

Genetika, její úkoly

Pokroky přírodních věd a buněčné biologie v 18.–19. století umožnily řadě vědců vyslovit domněnky o existenci určitých dědičných faktorů, které určují např. rozvoj dědičných chorob, tyto předpoklady však nebyly podpořeny relevantními důkazy. Dokonce i teorie intracelulární pangeneze formulovaná H. de Vriesem v roce 1889, která předpokládala existenci určitých „pangenů“, které určují dědičné sklony organismu, v buněčném jádru a uvolňování do protoplazmy pouze těch z nich, které určují typu buňky, nemohly situaci změnit, stejně jako teorie „zárodečné plazmy“ A. Weissmana, podle níž se vlastnosti získané během procesu ontogeneze nedědí.

Teprve práce českého badatele G. Mendela (1822–1884) se staly základním kamenem moderní genetiky. Navzdory tomu, že jeho práce byly citovány ve vědeckých publikacích, jeho současníci jim nevěnovali pozornost. A teprve znovuobjevení vzorců nezávislé dědičnosti třemi vědci najednou – E. Chermakem, K. Corrensem a H. de Vriesem – přimělo vědeckou komunitu obrátit se ke počátkům genetiky.

Genetika je věda, která studuje zákonitosti dědičnosti a variability a způsoby jejich zvládání.

Úkoly genetiky v současné fázi je studium kvalitativních a kvantitativních charakteristik dědičného materiálu, analýza struktury a fungování genotypu, dešifrování jemné struktury genu a metody regulace genové aktivity, hledání genů, které způsobují vývoj dědičného člověka nemoci a metody jejich „nápravy“, vytvoření nové generace léků podle vakcín typu DNA, konstrukce pomocí genetického a buněčného inženýrství organismů s novými vlastnostmi, které by mohly produkovat léky a potravinářské produkty nezbytné pro lidi, jakož i kompletní dekódování lidského genomu.

Dědičnost a proměnlivost - vlastnosti organismů

Dědičnost je schopnost organismů přenášet své vlastnosti a vlastnosti po řadu generací.

Variabilita- schopnost organismů během života získávat nové vlastnosti.

Známky- jsou to jakékoli morfologické, fyziologické, biochemické a jiné vlastnosti organismů, kterými se některé z nich liší od jiných, například barva očí. Vlastnosti nazývané také jakékoli funkční charakteristiky organismů, které jsou založeny na určité strukturální charakteristice nebo skupině elementárních charakteristik.

Charakteristiky organismů lze rozdělit na kvalitní A kvantitativní. Kvalitativní znaky mají dva nebo tři kontrastní projevy, které se nazývají alternativní znamení, například modré a hnědé barvy očí, zatímco kvantitativní (dojivost krav, výnos pšenice) nemají jasně definované rozdíly.

Hmotným nositelem dědičnosti je DNA. U eukaryot existují dva typy dědičnosti: genotypový A cytoplazmatický. Nositelé genotypové dědičnosti jsou lokalizováni v jádře a budou diskutovány dále, zatímco přenašeči cytoplazmatické dědičnosti jsou kruhové molekuly DNA lokalizované v mitochondriích a plastidech. Cytoplazmatická dědičnost se přenáší především s vajíčkem, proto se také nazývá mateřský.

Malé množství genů je lokalizováno v mitochondriích lidských buněk, ale jejich změny mohou mít významný vliv na vývoj organismu, například vést k rozvoji slepoty nebo postupnému snižování pohyblivosti. Neméně důležitou roli v životě rostlin hrají plastidy. V některých oblastech listu se tak mohou vyskytovat buňky bez chlorofylu, což vede na jedné straně ke snížení produktivity rostlin a na druhé straně jsou takto pestré organismy ceněny v dekorativních úpravách krajiny. Takové exempláře se rozmnožují hlavně asexuálně, protože sexuální reprodukce často produkuje obyčejné zelené rostliny.

Genetické metody

1. Hybridologická metoda neboli metoda křížení spočívá ve výběru rodičovských jedinců a analýze potomstva. V tomto případě je genotyp organismu posuzován podle fenotypových projevů genů u potomků získaných určitým schématem křížení. Jedná se o nejstarší informativní metodu genetiky, kterou nejplněji poprvé použil G. Mendel v kombinaci se statistickou metodou. Tato metoda není z etických důvodů použitelná v lidské genetice.

2. Cytogenetická metoda je založena na studiu karyotypu: počtu, tvaru a velikosti chromozomů organismu. Studium těchto znaků nám umožňuje identifikovat různé vývojové patologie.

3. Biochemická metoda umožňuje stanovit obsah různých látek v těle, zejména jejich nadbytek či nedostatek, a také aktivitu řady enzymů.

4. Molekulárně genetické metody jsou zaměřeny na identifikaci variací ve struktuře a dešifrování primární nukleotidové sekvence studovaných úseků DNA. Umožňují identifikovat geny pro dědičné choroby i u embryí, stanovit otcovství atp.

5. Populační statistická metoda umožňuje zjistit genetické složení populace, četnost určitých genů a genotypů, genetickou zátěž a také nastínit perspektivy vývoje populace.

6. Metoda hybridizace somatických buněk v kultuře umožňuje určit lokalizaci určitých genů v chromozomech při fúzi buněk různých organismů, například myši a křečka, myši a člověka atd.

Základní genetické pojmy a symbolika

Gen- jedná se o úsek molekuly DNA nebo chromozomu, který nese informaci o určitém znaku nebo vlastnosti organismu.

Některé geny mohou ovlivnit projev několika znaků najednou. Tento jev se nazývá pleiotropie. Například gen, který způsobuje vývoj dědičného onemocnění arachnodaktylie (pavoučí prsty), také způsobuje zakřivení čočky a patologie mnoha vnitřních orgánů.

Každý gen zaujímá přesně definované místo na chromozomu - místo. Protože v somatických buňkách většiny eukaryotických organismů jsou chromozomy párové (homologní), obsahuje každý z párových chromozomů jednu kopii genu zodpovědného za určitou vlastnost. Takové geny se nazývají alelický.

Alelické geny nejčastěji existují ve dvou verzích – dominantní a recesivní. Dominantní nazývaná alela, která se projevuje bez ohledu na to, který gen se nachází na druhém chromozomu a potlačuje vývoj znaku kódovaného recesivním genem. Dominantní alely jsou obvykle označovány velkými písmeny latinské abecedy (A, B, C atd.) a recesivní alely jsou označovány malými písmeny (a, b, c atd.). recesivní alely mohou být vyjádřeny pouze tehdy, pokud zaujímají lokusy na obou párových chromozomech.

Organismus, který má stejné alely na obou homologních chromozomech, se nazývá homozygotní pro tento gen, popř homozygotní(AA, aa, AABB, aabb atd.), a organismus, který má na obou homologních chromozomech různé varianty genů – dominantní i recesivní – je tzv. heterozygotní pro tento gen, popř heterozygotní(Aa, AaBb atd.).

Řada genů může mít tři nebo více strukturálních variant, např. krevní skupiny podle systému AB0 jsou kódovány třemi alelami - I A, I B, tzn. Tento jev se nazývá mnohočetný alelismus. I v tomto případě však každý chromozom páru nese pouze jednu alelu, to znamená, že v jednom organismu nemohou být zastoupeny všechny tři genové varianty.

Genom- soubor genů charakteristických pro haploidní soubor chromozomů.

Genotyp- soubor genů charakteristických pro diploidní soubor chromozomů.

Fenotyp- soubor vlastností a vlastností organismu, který je výsledkem vzájemného působení genotypu a prostředí.

Vzhledem k tomu, že se organismy od sebe liší v mnoha rysech, lze vzory jejich dědičnosti stanovit pouze analýzou dvou nebo více vlastností u potomků. Křížení, při kterém se uvažuje o dědičnosti a přesný kvantitativní počet potomků podle jednoho páru alternativních charakteristik, se nazývá monohybridní m, ve dvou párech - dihybridní, podle většího počtu znaků - polyhybridní.

Na základě fenotypu jedince není vždy možné určit jeho genotyp, protože jak organismus homozygotní pro dominantní gen (AA), tak heterozygotní (Aa) bude mít projev dominantní alely ve fenotypu. Proto ke kontrole genotypu organismu s křížovým oplodněním používají zkušební kříž- křížení, při kterém dochází ke křížení organismu s dominantním znakem s jedním homozygotem pro recesivní gen. V tomto případě organismus homozygotní pro dominantní gen neprodukuje štěpení v potomstvu, zatímco u potomků heterozygotních jedinců je stejný počet jedinců s dominantními a recesivními znaky.

K záznamu schémat křížení se nejčastěji používají následující konvence:

R (z lat. rodič- rodiče) - rodičovské organismy;

$♀$ (alchymické znamení Venuše - zrcadlo s rukojetí) - mateřský exemplář;

$♂$ (alchymistické znamení Marsu - štít a kopí) - otcovský jedinec;

$×$ - znak přechodu;

F 1, F 2, F 3 atd. - kříženci první, druhé, třetí a dalších generací;

F a - potomek z analyzujícího křížení.

Chromozomální teorie dědičnosti

Zakladatel genetiky G. Mendel, stejně jako jeho nejbližší následovníci, neměli nejmenší tušení o materiálním základu dědičných sklonů, respektive genů. Již v letech 1902–1903 však německý biolog T. Boveri a americký student W. Satton nezávisle na sobě navrhli, že chování chromozomů při zrání a oplození buněk umožňuje vysvětlit štěpení dědičných faktorů podle Mendela, tj. Podle jejich názoru musí být geny umístěny na chromozomech. Tyto předpoklady se staly základním kamenem chromozomální teorie dědičnosti.

V roce 1906 objevili angličtí genetici W. Bateson a R. Punnett porušení mendelovské segregace při křížení sladkého hrášku a jejich krajan L. Doncaster při pokusech s motýlem můry angreštovým objevil dědičnost vázanou na pohlaví. Výsledky těchto experimentů byly jasně v rozporu s mendelovskými, ale vezmeme-li v úvahu, že v té době již bylo známo, že počet známých charakteristik experimentálních objektů daleko převyšuje počet chromozomů, a to naznačuje, že každý chromozom nese více než jeden gen, a geny jednoho chromozomu se dědí společně.

V roce 1910 začaly pokusy skupiny T. Morgana na novém experimentálním objektu - ovocné mušce Drosophila. Výsledky těchto experimentů umožnily do poloviny 20. let 20. století formulovat základní principy chromozomální teorie dědičnosti, určit pořadí genů v chromozomech a vzdálenosti mezi nimi, tj. sestavit první mapy chromozomů.

Základní ustanovení chromozomální teorie dědičnosti:

1. Geny jsou umístěny na chromozomech. Geny na stejném chromozomu se dědí společně nebo jsou spojeny a nazývají se skupina spojky. Počet vazebných skupin se číselně rovná haploidní sadě chromozomů.
2. Každý gen zaujímá přesně definované místo na chromozomu – lokus.
3. Geny na chromozomech jsou uspořádány lineárně.
4. K narušení genové vazby dochází pouze v důsledku křížení.
5. Vzdálenost mezi geny na chromozomu je úměrná procentu křížení mezi nimi.
6. Nezávislá dědičnost je typická pouze pro geny na nehomologních chromozomech.

Moderní představy o genu a genomu

Na počátku 40. let dvacátého století J. Beadle a E. Tatum při analýze výsledků genetických studií provedených na houbě neurospora dospěli k závěru, že každý gen řídí syntézu enzymu, a formulovali princip „jednoho gen – jeden enzym“.

Již v roce 1961 se však F. Jacobovi, J. L. Monodovi a A. Lvovovi podařilo rozluštit strukturu genu E. coli a studovat regulaci jeho aktivity. Za tento objev jim byla v roce 1965 udělena Nobelova cena za fyziologii a medicínu.

V procesu výzkumu se jim kromě strukturních genů, které řídí vývoj určitých znaků, podařilo identifikovat i regulační, jejichž hlavní funkcí je projev znaků kódovaných jinými geny.

Struktura prokaryotického genu. Strukturní gen prokaryot má složitou strukturu, protože zahrnuje regulační oblasti a kódující sekvence. Regulační oblasti zahrnují promotor, operátor a terminátor. Promotér nazývá se oblast genu, na kterou je navázán enzym RNA polymeráza, který zajišťuje syntézu mRNA při transkripci. S operátor, umístěný mezi promotorem a strukturní sekvencí, se může vázat represorový protein, která neumožňuje RNA polymeráze začít číst dědičnou informaci z kódující sekvence a teprve její odstranění umožňuje zahájení transkripce. Struktura represoru je obvykle kódována v regulačním genu umístěném v jiné části chromozomu. Čtení informací končí na úseku genu tzv terminátor.

Kódovací sekvence Strukturní gen obsahuje informace o aminokyselinové sekvenci odpovídajícího proteinu. Kódující sekvence u prokaryot se nazývá cistronom a souhrn kódujících a regulačních oblastí prokaryotického genu - operon. Obecně platí, že prokaryota, mezi něž patří E. coli, mají relativně malý počet genů umístěných na jediném kruhovém chromozomu.

Cytoplazma prokaryot může také obsahovat další malé kruhové nebo otevřené molekuly DNA nazývané plazmidy. Plazmidy jsou schopny se integrovat do chromozomů a přenášet se z jedné buňky do druhé. Mohou nést informace o pohlavních charakteristikách, patogenitě a antibiotické rezistenci.

Struktura eukaryotického genu. Na rozdíl od prokaryot, eukaryotické geny nemají operonovou strukturu, protože neobsahují operátor a každý strukturní gen je doprovázen pouze promotorem a terminátorem. Kromě toho jsou v eukaryotických genech významné oblasti ( exony) střídat s nevýznamnými ( introny), které jsou kompletně přepsány do mRNA a poté vyříznuty během jejich zrání. Biologická role intronů spočívá ve snížení pravděpodobnosti mutací ve významných oblastech. Regulace genů u eukaryot je mnohem složitější, než jaká je popsána u prokaryot.

Lidský genom. V každé lidské buňce obsahuje 46 chromozomů asi 2 m DNA, pevně sbalené do dvoušroubovice, která se skládá z přibližně 3,2 $×$ 10 9 nukleotidových párů, což poskytuje asi 10 1900000000 možných jedinečných kombinací. Do konce 80. let dvacátého století bylo známo umístění přibližně 1500 lidských genů, ale jejich celkový počet se odhadoval na přibližně 100 tisíc, protože jen lidé mají přibližně 10 tisíc dědičných chorob, nemluvě o množství různých proteinů. obsažené v buňkách.

V roce 1988 byl zahájen mezinárodní projekt Human Genome, který začátkem 21. století skončil kompletním dekódováním nukleotidové sekvence. Umožnil pochopit, že dva různí lidé mají z 99,9 % podobné nukleotidové sekvence a pouze zbývajících 0,1 % určuje naši individualitu. Celkem bylo objeveno přibližně 30–40 tisíc strukturálních genů, ale poté se jejich počet snížil na 25–30 000. Mezi těmito geny jsou nejen jedinečné, ale i stokrát a tisíckrát opakované. Tyto geny však kódují mnohem větší množství proteinů, například desítky tisíc ochranných proteinů – imunoglobulinů.

97 % našeho genomu je genetický „odpad“, který existuje pouze proto, že se může dobře reprodukovat (RNA, která je přepsána v těchto oblastech, nikdy neopustí jádro). Například mezi našimi geny nejsou jen „lidské“ geny, ale také 60 % genů podobných genům mouchy Drosophila a až 99 % našich genů je podobných šimpanzům.

Paralelně s dekódováním genomu probíhalo i mapování chromozomů, v jehož důsledku bylo možné nejen objevit, ale také určit umístění některých genů odpovědných za vznik dědičných chorob, ale i cíl léku. geny.

Dekódování lidského genomu zatím nemá přímý účinek, protože jsme dostali jakýsi návod na sestavení tak složitého organismu, jako je člověk, ale nenaučili jsme se jej vyrobit nebo alespoň opravit chyby v něm. Přesto je éra molekulární medicíny již na prahu, po celém světě se vyvíjejí tzv. genové preparáty, které dokážou zablokovat, odstranit nebo i nahradit patologické geny u živých lidí, a to nejen v oplodněném vajíčku.

Neměli bychom zapomínat, že v eukaryotických buňkách je DNA obsažena nejen v jádře, ale také v mitochondriích a plastidech. Na rozdíl od jaderného genomu má organizace genů v mitochondriích a plastidech mnoho společného s organizací prokaryotického genomu. Navzdory skutečnosti, že tyto organely nesou méně než 1 % buněčné dědičné informace a nekódují ani úplnou sadu proteinů nezbytných pro jejich vlastní fungování, jsou schopny významně ovlivnit některé vlastnosti těla. Pestrost u rostlin chlorofytu, břečťanu a dalších tedy dědí malý počet potomků i při křížení dvou panašovaných rostlin. Je to dáno tím, že plastidy a mitochondrie se přenášejí většinou s cytoplazmou vajíčka, proto se takové dědičnosti říká mateřská neboli cytoplazmatická, na rozdíl od genotypové, která je lokalizována v jádře.

Biologie je systém věd o živé přírodě. Mezi různými biologickými vědami byla jednou z prvních, před více než dvěma tisíci lety, věda, která studovala rostliny - botanika (z řeckého botane - zelení) - a zvířata - zoologie (z řeckého zoon - zvíře - a logos) . Pokroky ve vývoji biologie v průběhu času vedly ke vzniku jejích různých směrů, se kterými se seznámíte na střední škole.

Každý organismus žije ve specifickém prostředíe. Habitat je část přírody obklopující živé organismy, se kterými interagují. Kolem nás je mnoho živých organismů. Jsou to rostliny, zvířata,by to byly bakterie. Každá z těchto skupin je studována samostatněJsem biologický vědec.

Význam biologie v životě

osoba. V naší době čelí lidstvo obzvláště naléhavé situacivznikají běžné problémy, jako je ochrana zdraví,poskytování potravy a zachování rozmanitosti organismů na naší planetě. Biologie, jejíž výzkum je zaměřen na řešení těchto a dalších problémů, úzce souvisí s medicínou, zemědělstvím, průmyslem, zejména potravinářstvím a nápoji.světlo atd.

Všichni víte, že když člověk onemocní, užívá léky. Většina léčivých látek se získává z rostlin nebo odpadních produktů mikroorganismů. Například životy stovek milionů lidí byly zachovány používáním antibiotik (z řeckého anti-pr.otiv - a bios). Produkují je určité druhy hub a bakterií. Antibiotika zabíjejí původce mnoha nebezpečných nemocí u lidí a zvířat.

Biologie také hraje důležitou roli při zajišťování potravy pro lidstvojíst. Vědci vytvářejí nové vysoce výnosné odrůdy rostlin a plemena zvířat, což umožňuje získat více potravinářských produktůania. Výzkum biologůrežírovaný

k zachování a zvýšení úrodnosti půdy, což zajišťuje vysoké výnosy. Živé organismy jsou široce používány lse používají i v průmyslu. Například jogurty, kefíry a sýry lidé získávají díky aktivitě některých druhů bakterií a plísní.

Aktivní a často neuvážená lidská ekonomická činnost však vedla k výraznému znečištění životního prostředí látkami škodlivými všemu živému, k ničení lesů, panenských stepí a nádrží. Během minulých staletí zmizely tisíce druhů zvířat, rostlin a hub a desetitisíce jsou na pokraji vyhynutí. Ale vymizení byť jednoho druhu organismů znamená nevratnou ztrátu pro biologickou rozmanitost naší planety. Vědci proto vytvářejí seznamy druhů rostlin, živočichů a hub, které potřebují ochranu (tzv. Červené knihy), jakož i

YouTube video

Biologie je tedy věda navržená svým výzkumem tak, aby přesvědčila lidi o nutnosti respektovat přírodu a dodržovat její zákony. Proto je považována za vědu budoucnosti.

Roli biologie v moderní realitě je těžké přeceňovat, protože podrobně studuje lidský život ve všech jeho projevech. V současné době tato věda kombinuje tak důležité pojmy, jako je evoluce, buněčná teorie, genetika, homeostáza a energie. Mezi jeho funkce patří studium vývoje všeho živého, a to: stavby organismů, jejich chování, jakož i vztahů mezi sebou a vztahu k životnímu prostředí.

Význam biologie v životě člověkaUjasníme si, když nakreslíme paralelu mezi hlavními problémy života jednotlivce, například zdravím, výživou a také volbou optimálních životních podmínek. Dnes existuje mnoho věd, které se oddělily od biologie a staly se neméně důležitými a nezávislými. Patří mezi ně zoologie, botanika, mikrobiologie a virologie. Z nich je obtížné vyčlenit ty nejvýznamnější, všechny představují komplex cenných základních znalostí nashromážděných civilizací.

V této oblasti vědění pracovali vynikající vědci, jako napřClaudius Galen, Hippokrates, Carl Linné, Charles Darwin, Alexander Oparin, Ilja Mečnikov a mnoho dalších. Díky jejich objevům, zejména studiu živých organismů, se objevila nauka o morfologii a také fyziologie, která shromažďovala poznatky o systémech organismů živých bytostí. Genetika sehrála neocenitelnou roli při vzniku dědičných chorob.

Biologie se stala pevným základem v medicíně, sociologii a ekologii. Je důležité, aby tato věda, jako každá jiná, nebyla statická, ale neustále se doplňovala o nové poznatky, které se transformují do podoby nových biologických teorií a zákonitostí.

Role biologie v moderní společnosti a především
ale v medicíně k nezaplacení. S jeho pomocí byly nalezeny metody léčby bakteriologických a rychle se šířících virových onemocnění. Pokaždé, když přemýšlíme o roli biologie v moderní společnosti, vzpomeneme si, že právě díky hrdinství lékařských biologů zmizela z planety Země centra strašlivých epidemií: mor, cholera, břišní tyfus, antrax, neštovice a další. život ohrožující nemoci.

Na základě faktů můžeme s jistotou říci, že role biologie v moderní společnosti neustále roste. Moderní život si nelze představit bez výběru, genetického výzkumu, výroby nových potravinářských produktů a ekologických zdrojů energie.

Hlavní význam biologie spočívá v tom, že představuje základ a teoretický základ pro mnoho slibných věd, jako je genetické inženýrství a bionika. Vlastní velký objev – rozluštění lidského genomu. Na základě poznatků kombinovaných v biologii vznikl i směr, jakým je biotechnologie. V současné době technologie tohoto charakteru umožňují vytvářet bezpečné léky pro prevenci a léčbu, které nepoškozují tělo. Díky tomu je možné zvýšit nejen délku života, ale i jeho kvalitu.

Období "biologie" je tvořena dvěma řeckými slovy „bios“ – život a „logos“ – znalosti, učení, věda. Odtud klasická definice biologie jako vědy, která studuje život ve všech jeho projevech.

Biologie zkoumá rozmanitost existujících i vyhynulých živých bytostí, jejich strukturu, funkce, původ, evoluci, rozšíření a individuální vývoj, souvislosti mezi sebou navzájem, mezi komunitami a s neživou přírodou.

Biologie zkoumá obecné i zvláštní zákonitosti životu ve všech jeho projevech a vlastnostech: metabolismus, rozmnožování, dědičnost, proměnlivost, přizpůsobivost, růst, vývoj, dráždivost, pohyblivost atd.

Výzkumné metody v biologii

1. Pozorování- nejjednodušší a nejdostupnější metoda. Můžete například pozorovat sezónní změny v přírodě, v životě rostlin a zvířat, chování zvířat atd.
2. Popis biologické objekty (ústní nebo písemný popis).
3. Srovnání– hledání podobností a rozdílů mezi organismy, používané v taxonomii.
4. Experimentální metoda(v laboratorních nebo přírodních podmínkách) – biologický výzkum s využitím různých přístrojů a metod fyziky a chemie.
5. Mikroskopie– studium struktury buněk a buněčných struktur pomocí světelného a elektronového mikroskopu. Světelné mikroskopy vám umožní vidět tvary a velikosti buněk a jednotlivých organel. Elektronický – drobné struktury jednotlivých organel.
6. Biochemická metoda- studium chemického složení buněk a tkání živých organismů.
7. Cytogenetické– metoda studia chromozomů pod mikroskopem. Můžete detekovat genomové mutace (například Downův syndrom), chromozomální mutace (změny tvaru a velikosti chromozomů).
8. Ultracentrifugace- izolace jednotlivých buněčných struktur (organel) a jejich další studium.
9. Historická metoda– porovnání získaných skutečností s dříve získanými výsledky.
10. Modelování– vytváření různých modelů procesů, struktur, ekosystémů atd. aby bylo možné předvídat změny.
11. Hybridologická metoda– metoda křížení, hlavní metoda studia zákonitostí dědičnosti.
12. Genealogická metoda– metoda sestavování rodokmenů, sloužící k určení typu dědičnosti znaku.
13. Dvojitá metoda– metoda, která umožňuje určit podíl vlivu faktorů prostředí na vývoj znaků. Platí pro jednovaječná dvojčata.

Propojení biologie s jinými vědami.

Rozmanitost živé přírody je tak velká, že moderní biologii je třeba prezentovat jako komplex věd. Biologie je základem takových věd, jako je lékařství, ekologie, genetika, selekce, botanika, zoologie, anatomie, fyziologie, mikrobiologie, embryologie aj. Biologie spolu s dalšími vědami tvořila takové vědy jako biofyzika, biochemie, bionika, geobotanika, zoogeografie aj. V souvislosti s rychlým rozvojem vědy a techniky se objevují nové směry ve studiu živých organismů a nové vědy se objevují související s biologií. To opět dokazuje, že živý svět je mnohostranný a složitý a je úzce spjat s neživou přírodou.

Základní biologické vědy - předměty jejich studia

1. Anatomie je vnější a vnitřní struktura organismů.
2. Fyziologie – životní procesy.
3. Medicína - lidské nemoci, jejich příčiny a způsoby léčby.
4. Ekologie – vztahy mezi organismy v přírodě, zákonitosti procesů v ekosystémech.
5. Genetika - zákony dědičnosti a proměnlivosti.
6. Cytologie je věda o buňkách (struktura, vitální aktivita atd.).
7. Biochemie – biochemické procesy v živých organismech.
8. Biofyzika – fyzikální jevy v živých organismech.
9. Šlechtění je vytváření nových a zdokonalování stávajících odrůd, plemen, kmenů.
10. Paleontologie – fosilní pozůstatky starověkých organismů.
11. Embryologie - vývoj embryí.

Člověk může uplatnit znalosti v oblasti biologie:

• pro prevenci a léčbu nemocí
• při poskytování první pomoci oběti nehod;
• v rostlinné výrobě, chovu dobytka
• v environmentálních aktivitách, které přispívají k řešení globálních environmentálních problémů (znalosti o vzájemných vztazích organismů v přírodě, o faktorech, které negativně ovlivňují stav životního prostředí atd.) BIOLOGIE JAKO VĚDA

Znaky a vlastnosti živých tvorů:

1. Buněčná struktura. Buňka je jedinou strukturní a funkční jednotkou, stejně jako jednotkou vývoje pro téměř všechny živé organismy na Zemi. Viry jsou výjimkou, ale i ty vykazují živé vlastnosti pouze tehdy, když jsou v buňce. Mimo celu nejeví žádné známky života.

2. Jednota chemického složení.Živé věci se skládají ze stejných chemických prvků jako neživé věci, ale v živých věcech pochází 90 % hmoty ze čtyř prvků: C, O, N, N, které se podílejí na tvorbě složitých organických molekul, jako jsou proteiny, nukleové kyseliny, sacharidy, lipidy.

3. Metabolismus a energie jsou hlavní vlastnosti živých věcí. Probíhá jako výsledek dvou vzájemně souvisejících procesů: syntézy organických látek v těle (díky vnějším zdrojům energie ze světla a potravy) a procesu rozkladu složitých organických látek s uvolňováním energie, která je následně spotřebované tělem. Metabolismus zajišťuje stálost chemického složení v neustále se měnících podmínkách prostředí.

4. Otevřenost. Všechny živé organismy jsou otevřené systémy, tedy systémy, které jsou stabilní pouze tehdy, přijímají-li nepřetržitou energii a hmotu z prostředí.

5. Samoreprodukce (reprodukce). Schopnost sebereprodukce je nejdůležitější vlastností všech živých organismů. Vychází z informací o struktuře a funkcích jakéhokoli živého organismu, zakotvených v nukleových kyselinách a zajišťujících specifičnost struktury a životně důležité činnosti živého organismu.

6. Samoregulace. Díky mechanismům autoregulace je zachována relativní stálost vnitřního prostředí těla, tzn. je zachována stálost chemického složení a intenzita fyziologických procesů - homeostáze.

7. Rozvoj a růst. V procesu individuálního vývoje (ontogeneze) se postupně a soustavně objevují jednotlivé vlastnosti organismu (vývoj) a dochází k jeho růstu (zvětšování). Všechny živé systémy se navíc vyvíjejí – mění se v průběhu historického vývoje (fylogeneze).

8. Podrážděnost. Každý živý organismus je schopen reagovat na vnější i vnitřní vlivy.

9. Dědičnost. Všechny živé organismy jsou schopny uchovat a přenést základní vlastnosti na potomstvo.

10. Variabilita. Všechny živé organismy jsou schopny se měnit a získávat nové vlastnosti.

Základní úrovně organizace živé přírody

Veškerá živá příroda je sbírkou biologických systémů. Důležitou vlastností živých systémů je víceúrovňová a hierarchická organizace. Části biologických systémů jsou samy systémy složené ze vzájemně propojených částí. Na každé úrovni je každý biologický systém jedinečný a odlišný od ostatních systémů.

Vědci na základě charakteristik projevu vlastností živých věcí identifikovali několik úrovní organizace živé přírody:

1. Molekulární úroveň - reprezentované molekulami organických látek (bílkovin, lipidů, sacharidů atd.) nacházejících se v buňkách. Na molekulární úrovni lze studovat vlastnosti a struktury biologických molekul, jejich roli v buňce, v životě organismu a tak dále. Například zdvojnásobení molekuly DNA, struktury proteinu a tak dále.

2. Buněčná úroveň – reprezentované buňkami. Na buněčné úrovni se začínají objevovat vlastnosti a znaky živých věcí. Na buněčné úrovni lze studovat strukturu a funkce buněk a buněčných struktur, procesy v nich probíhající. Například pohyb cytoplazmy, dělení buněk, biosyntéza bílkovin v ribozomech a tak dále.

3. Úroveň orgánů a tkání – reprezentované tkáněmi a orgány mnohobuněčných organismů. Na této úrovni lze studovat strukturu a funkce tkání a orgánů, procesy v nich probíhající. Například kontrakce srdce, pohyb vody a solí cévami a tak dále.

4. Organizační úroveň – reprezentované jednobuněčnými a mnohobuněčnými organismy. Na této úrovni je organismus studován jako celek: jeho struktura a životní funkce, mechanismy samoregulace procesů, adaptace na životní podmínky atd.

5. Populační-druhová úroveň– reprezentované populacemi skládajícími se z jedinců stejného druhu žijících spolu dlouhodobě na určitém území. Život jednoho jedince je dán geneticky a za příznivých podmínek může populace existovat neomezeně dlouho. Jelikož na této úrovni začínají působit hybné síly evoluce - boj o existenci, přírodní výběr atd. Na populačně-druhové úrovni studují dynamiku počtu jedinců, věkově-pohlavní složení populace, evoluční změny v populaci a tak dále.

6. Ekosystémová úroveň– reprezentované populacemi různých druhů žijících společně na určitém území. Na této úrovni se studují vztahy mezi organismy a prostředím, podmínky, které určují produktivitu a udržitelnost ekosystémů, změny v ekosystémech a tak dále.

7. Úroveň biosféry– nejvyšší forma organizace živé hmoty, spojující všechny ekosystémy planety. Na této úrovni se studují procesy v měřítku celé planety – cykly hmoty a energie v přírodě, globální environmentální problémy, změny klimatu Země atd. V současné době je studium vlivu člověka na stav biosféry v řádu je nanejvýš důležité zabránit globální ekologické krizi.

Úspěchy biologie

Nejdůležitější události v oblasti biologie, které ovlivnily celý průběh jejího dalšího vývoje, jsou:

Stanovení molekulární struktury DNA a její role při přenosu informace v živé hmotě (F. Crick, J. Watson, M. Wilkins);

Dekódování genetického kódu (R. Holley, H.-G. Korana, M. Nirenberg);

Objev genové struktury a genetické regulace syntézy proteinů (A. M. Lvov, F. Jacob, J.-L. Monod aj.);

Formulace buněčné teorie (M. Schleiden, T. Schwann, R. Virchow, K. Baer);

Studium vzorců dědičnosti a variability (G. Mendel, G. de Vries, T. Morgan aj.);

Formulace principů moderní systematiky (C. Linné), evoluční teorie (C. Darwin) a nauky o biosféře (V.I. Vernadskij).

„nemoc šílených krav“ (priony).

Práce na programu „Human Genome“, který probíhal současně v několika zemích a byl dokončen na začátku tohoto století, nás přivedl k pochopení, že člověk má jen asi 25–30 tisíc genů, ale informace z většiny našich DNA se nikdy nečte, protože obsahuje obrovské množství oblastí a genů kódujících vlastnosti, které pro člověka ztratily význam (ocas, ochlupení těla atd.). Kromě toho byla rozluštěna řada genů odpovědných za rozvoj dědičných onemocnění a také cílové geny pro léky. Praktická aplikace výsledků získaných při realizaci tohoto programu se však odkládá do doby, než se podaří rozluštit genomy značného počtu lidí, a pak se ukáže, jaké jsou jejich rozdíly. Tyto cíle byly stanoveny pro řadu předních laboratoří po celém světě, které pracují na implementaci programu ENCODE.

Největší význam mezi výdobytky biologie má fakt, že tvoří dokonce základ pro konstrukci neuronových sítí a genetického kódu ve výpočetní technice a široce se využívají i v architektuře a dalších odvětvích. 21. století je bezpochyby stoletím biologie.
Jako každá jiná věda má i biologie svůj vlastní arzenál metod. Kromě vědecké metody poznávání používané v jiných oborech se v biologii hojně využívají metody jako historické, srovnávací-popisné aj.

Role biologie při utváření moderního přírodovědného obrazu světa

Biologie ve fázi svého utváření ještě neexistovala odděleně od ostatních přírodních věd a omezovala se pouze na pozorování, studium, popis a klasifikaci zástupců živočišného a rostlinného světa, byla to tedy věda popisná. To však nezabránilo starověkým přírodovědcům Hippokratovi (asi 460–377 př. n. l.), Aristotelovi (384–322 př. n. l.) a Theophrastovi (vlastním jménem Tirtham, 372–287 př. n. l.) významně přispět k rozvoji představy o stavbě lidského těla a zvířat, jakož i o biologické rozmanitosti zvířat a rostlin, čímž položil základy lidské anatomie a fyziologie, zoologie a botaniky.

Prohlubování znalostí o živé přírodě a systematizace dříve nashromážděných faktů, k nimž došlo v 16.-18. století, vyvrcholilo zavedením binárního názvosloví a vytvořením harmonické taxonomie rostlin (C. Linné) a živočichů (J. -B. Lamarck).

Popis značného počtu druhů s podobnými morfologickými charakteristikami a také paleontologické nálezy se staly předpoklady pro rozvoj představ o původu druhů a cestách historického vývoje organického světa. Experimenty F. Rediho, L. Spallanzaniho a L. Pasteura v 17.–19. století tedy vyvrátily hypotézu spontánního generování, kterou předložil Aristoteles a převládala ve středověku, a teorii biochemické evoluce A. I. Oparina a J. Haldane, brilantně potvrzený S. Millerem a G. Yurim, nám umožnil odpovědět na otázku o původu všeho živého.

Jestliže samotný proces vzniku živých věcí z neživých složek a jejich evoluce samy o sobě již nevzbuzují pochybnosti, pak mechanismy, cesty a směry historického vývoje organického světa stále nejsou zcela pochopeny, neboť ani jeden z dvě hlavní konkurenční evoluční teorie (syntetická teorie evoluce, vytvořená na základě teorie Charlese Darwina a teorie J.-B. Lamarcka) stále nemohou poskytnout vyčerpávající důkaz.

Využití mikroskopie a dalších metod příbuzných věd, díky pokroku v oblasti jiných přírodních věd, jakož i zavedení experimentální praxe, umožnilo německým vědcům T. Schwannovi a M. Schleidenovi formulovat buněčnou teorii již v r. 19. století, později doplněné R. Virchowem a K. Baerem. Stalo se nejdůležitějším zobecněním v biologii, které tvořilo základní kámen moderních představ o jednotě organického světa.

Objev zákonitostí přenosu dědičné informace českým mnichem G. Mendelem posloužil jako impuls k dalšímu prudkému rozvoji biologie ve 20.-21. století a vedl nejen k objevu univerzálního nositele dědičnosti – DNA, ale také genetický kód, jakož i základní mechanismy řízení, čtení a variability dědičné informace .

Rozvoj představ o životním prostředí vedl ke vzniku takové vědy, jako je ekologie, a formulaci doktríny biosféry jako komplexního vícesložkového planetárního systému vzájemně propojených obrovských biologických komplexů, jakož i chemických a geologických procesů probíhajících na Země (V.I. Vernadsky), což v konečném důsledku umožňuje alespoň v malé míře omezit negativní důsledky lidské ekonomické činnosti.
Biologie tak hrála důležitou roli při utváření moderního přírodovědného obrazu světa.

VĚDCI – BIOLOGOVÉ

W. Harvey objevil mechanismus krevního oběhu; vyrobil mikroskop a položil základy moderní anatomie a fyziologie;

R.Hook popsal buněčnou strukturu korku (rostliny); vytvořil termín „buňka“;

A. Levenguk pozorováno pod mikroskopem (zvětšení 300x) prvoky, bakterie, spermie;

K. Baer pozorovali vaječné buňky savců;

R. Brown objevil buněčné jádro;

K. Linné vytvořil systém klasifikace rostlin a živočichů;

T. Schwann, M. Schleiden nezávisle formuloval buněčnou teorii,

R. Virchow vytvořil doktrínu buněčné patologie, zavedl postulát: „každá buňka je z buňky“;

C. Darwin vytvořil evoluční teorii;

G. Mendel objevil zákon dědičnosti vlastností, který přispěl ke zrodu genetiky jako vědy;

L. Pasteur objevil princip vakcín, položil základy mikrobiologie a imunologie;

Charles Darwin vytvořil holistickou teorii evoluce prostřednictvím přírodního výběru.

I. Mečnikov formuloval fagocytární teorii,

I. Pavlov – nauka o reflexu

A. Humboldt studoval interakci organismů s prostředím a její závislost na geografii

K. Landsteiner objevili lidské krevní skupiny

Gregor Mendel , zákony genetiky

J. Watson a F. Crick dešifrované struktury DNA

V.I.Vernadsky o souvislostech mezi živými organismy a neživou přírodou (nauka o biosféře).

METODY BIOLOGICKÝCH VĚD

Nejběžnější metody pro studium biologie jsou:

pozorování (umožňuje popsat biologické jevy),

srovnání (umožňuje najít obecné vzorce ve struktuře a fungování různých organismů),

experiment nebo zkušenost s modelováním (pomáhá studovat vlastnosti biologických objektů za kontrolovaných podmínek; je simulováno mnoho procesů, které jsou nepřístupné pro přímé pozorování nebo experimentální reprodukci),

historická metoda (umožňuje na základě údajů o moderním organickém světě a jeho minulosti pochopit procesy vývoje živé přírody)

Vědecká metoda je soubor základních metod získávání nových poznatků a metod řešení problémů v rámci jakékoli vědy.

Vědecká metoda zahrnuje určitý systematický přístup:

Pozorování faktů a jejich měření, tzn. popis pozorování - kvantitativní a/nebo kvalitativní.

Vědecká metoda poznávání zahrnuje pozorování, formulaci hypotéz, experiment, modelování, analýzu výsledků a odvozování obecných zákonitostí (obr. 1.).

Rýže. 1. Schematické znázornění metody vědeckého výzkumu

Pozorování

Pozorování - jedná se o cílevědomé vnímání předmětů a jevů pomocí smyslů nebo přístrojů, určené úkolem činnosti.

Hlavní podmínkou vědeckého pozorování je jeho objektivita, tedy možnost ověřit si data získaná opakovaným pozorováním nebo použitím jiných výzkumných metod, např. experimentu. Fakta získaná jako výsledek pozorování se nazývají data. Mohou být buď kvalitativní (popisující vůni, chuť, barvu, tvar atd.) nebo kvantitativní a kvantitativní údaje jsou přesnější než kvalitativní.

Analýza získaných výsledků - systemizace, identifikace hlavního a vedlejšího.

Zobecnění - formulace hypotéz a následně - teorie.

Předpověď: formulování důsledků z navržené hypotézy nebo přijaté teorie pomocí dedukce, indukce nebo jiných logických metod.

Kontrola předpokládaných následků prostřednictvím experimentu.

Věnujte pozornost 5. bodu. Bez toho nelze přístup považovat za vědecký!

Je důležité pochopit rozdíl mezi pojmy hypotéza a teorie.

Na základě pozorovacích dat je formulovánhypotéza - domnělý úsudek o přirozené souvislosti jevů. Hypotéza je testována v sérii experimentů. Experiment je vědecky vedený experiment, pozorování jevu, který je studován za kontrolovaných podmínek, který umožňuje identifikovat vlastnosti daného objektu nebo jevu. Nejvyšší formou experimentu je modelování – studium jakýchkoliv jevů, procesů nebo systémů objektů pomocí konstrukce a studia jejich modelů.Hypotéza je tvrzení, předpoklad, který dosud nebyl prokázán.

Výsledky experimentů a simulací jsou předmětem pečlivé analýzy. Analýza je metoda vědeckého výzkumu rozkládáním objektu na jeho součásti nebo mentálním rozpitváním objektu pomocí logické abstrakce.

Kdyždokázat hypotézu , ona se staneteorie , věta nebo fakt . Vyvrácená hypotéza jde do kategorienepravdivá prohlášení . Dosud neprokázaná hypotéza , ale nevyvrácený, se nazýváotevřený problém .

Teorie - znalostní systém postavený na vědecky ověřené hypotéze.

Teorie je chápána jako forma vědeckého poznání, která dává ucelenou představu o vzorcích a podstatných souvislostech reality.

Obecným směrem vědeckého výzkumu je dosáhnout vyšší úrovně předvídatelnosti. Pokud žádná fakta nemohou změnit teorii a odchylky od ní, ke kterým dochází, jsou pravidelné a předvídatelné, pak ji lze povýšit na zákonitost – nezbytný, podstatný, stabilní, opakující se vztah mezi jevy v přírodě.

Jak se soubor znalostí zvyšuje a výzkumné metody se zlepšují, hypotézy a dokonce i dobře zavedené teorie mohou být zpochybňovány, upravovány a dokonce odmítány, protože vědecké poznání samo o sobě je dynamické povahy a neustále podléhá kritické reinterpretaci.

Biologický experiment

Kvalitativní experiment - nejjednodušší typ biologického experimentu - jeho cílem je zjistit přítomnost nebo nepřítomnost jevu předpokládaného v teorii.

Měřicí experiment - identifikace nějaké kvantitativní charakteristiky objektu nebo procesu.

Zařízení světelného mikroskopu. Světelný mikroskop se skládá z optické a mechanické části. Optické části se podílejí na vytváření obrazu a mechanické části se používají pro snadné použití optických částí.
Celkové zvětšení mikroskopu je určeno vzorcem:
Zvětšení objektivu x zvětšení okuláru = zvětšení mikroskopu.
Pokud například čočka zvětší objekt 8krát a okulár 7krát, pak je celkové zvětšení mikroskopu 56.

Pozorování, popis a měření biologických objektů

Statistická měření - měření veličin, které se v čase nemění.

Dynamická měření - měření veličin, které mění svou hodnotu v čase (tlak, teplota, hustota obyvatelstva atd.)

Výzkumné metody ve vědě jsou poměrně rozmanité, ale všechny jsou založeny na vědeckých metodách poznávání, které se liší v určitém přístupu.

Znalost těchto informací pomáhá oddělit skutečný vědecký výzkum od různých široce rozšířených pseudovědeckých experimentů.

Historická metoda

Historická metoda odhaluje zákonitosti vzhledu a vývoje organismů, utváření jejich struktury a funkce. V řadě případů s pomocí této metody získávají nový život hypotézy a teorie, které byly dříve považovány za falešné.
Srovnávací-deskriptivní metoda zahrnuje provedení anatomické a morfologické analýzy předmětů studia. Je základem klasifikace organismů, identifikování vzorců vzniku a vývoje různých forem života.

Monitoring je systém opatření pro sledování, hodnocení a předpovídání změn stavu zkoumaného objektu, zejména biosféry.
Provádění pozorování a experimentů často vyžaduje použití speciálního vybavení, jako jsou mikroskopy, centrifugy, spektrofotometry atd.

Mikroskopie je široce používána v zoologii, botanice, anatomii člověka, histologii, cytologii, genetice, embryologii, paleontologii, ekologii a dalších oborech biologie. Umožňuje studovat jemnou strukturu objektů pomocí světelných, elektronových, rentgenových a dalších typů mikroskopů.

Diferenciální centrifugace neboli frakcionace umožňuje separovat částice podle jejich velikosti a hustoty pod vlivem odstředivé síly, čehož se aktivně využívá při studiu struktury biologických molekul a buněk.
Arzenál biologických metod je neustále aktualizován a v současné době je téměř nemožné jej plně pokrýt. Proto budou některé metody používané v jednotlivých biologických vědách diskutovány níže.

Vstupenka 1 1.Biologie jako věda, její úspěchy, souvislosti s jinými vědami. Metody studia živých objektů. Role biologie v životě a praktické činnosti člověka. 2. Rostlinná říše, její odlišnosti od ostatních říší živé přírody. Vysvětlete, která skupina rostlin v současnosti zaujímá dominantní postavení na Zemi. Najděte zástupce této skupiny mezi živými rostlinami nebo herbářovými vzorky. 3. S využitím poznatků o metabolismu a přeměně energie v lidském těle podat vědecké vysvětlení vlivu fyzické nečinnosti, stresu, špatných návyků a přejídání na metabolismus.

1. Biologie (z řeckého bios life, logos science) věda o životě. Studuje živé organismy, jejich stavbu, vývoj a původ, vztahy s prostředím a ostatními živými organismy. 2. Biologie - soubor věd o životě, o živé přírodě (viz tabulka „Soustava biologických věd“). I. Biologie jako věda, její úspěchy ve spojení s jinými vědami. Metody studia živých objektů. Role biologie v životě a praktické činnosti člověka.

3. Základní metody v biologii 1. pozorování (umožňuje popsat biologické jevy), 2. srovnávání (umožňuje najít obecné zákonitosti ve struktuře a životě různých organismů), 3. experiment nebo zkušenost (pomáhá badateli studovat vlastnosti biologických objektů), 4.modelování (simulují se procesy, které jsou nepřístupné pozorování nebo experimentální reprodukci), 5. historická metoda (na základě údajů o moderním organickém světě a jeho minulosti se učí procesy vývoje živé přírody) .

4. Úspěchy biologie: 1). Popis velkého počtu druhů živých organismů existujících na Zemi; 2). Tvorba buněčné, evoluční, chromozomové teorie; 3). Objev molekulární struktury strukturních jednotek dědičnosti (genů) posloužil jako základ pro vytvoření genetického inženýrství. 4). Praktická aplikace výdobytků moderní biologie umožňuje získat průmyslově významná množství biologicky aktivních látek.

6). Díky znalosti zákonitostí dědičnosti a proměnlivosti bylo v zemědělství dosaženo velkých úspěchů při vytváření nových vysoce užitkových plemen domácích zvířat a odrůd kulturních rostlin. 5). Na základě studia vztahů mezi organismy byly vytvořeny biologické metody hubení škůdců plodin.

7).Velký význam v biologii je přikládán objasnění mechanismů biosyntézy bílkovin a tajemství fotosyntézy, která otevře cestu k získávání organických živin. Využití principů organizace živých bytostí (bionika) v průmyslu (ve stavebnictví, při vytváření nových strojů a mechanismů) navíc v současnosti přináší a v budoucnu přinese významný ekonomický efekt. Voštinové provedení tvořilo základ pro výrobu „voštinových panelů“ pro stavebnictví

V takové situaci může být jediným základem pro zvýšení potravinových zdrojů intenzifikace zemědělství. Důležitou roli v tomto procesu bude hrát vývoj nových vysoce produktivních forem mikroorganismů, rostlin a živočichů a racionální, vědecky podložené využívání přírodních zdrojů.

1. Rostliny jsou autotrofní a jsou schopné fotosyntézy; 2. Přítomnost plastidů s pigmenty v buňkách; 3. Buňky jsou obklopeny celulózovou stěnou; 4.Přítomnost vakuol s buněčnou mízou v buňkách; 5. Neomezený růst; 6. Existují rostlinné hormony – fytohormony; 7. Osmotický typ výživy (příjem živin ve formě vodných roztoků vstupujících přes buněčnou membránu).

Krytosemenné neboli kvetoucí rostliny jsou největší divizí moderních vyšších rostlin, čítající asi 250 tisíc druhů. Rostou ve všech klimatických pásmech a jsou součástí všech biogeocenóz zeměkoule. To svědčí o jejich vysoké adaptabilitě na moderní podmínky existence na Zemi.

Adaptace u krytosemenných rostlin (kvetoucích rostlin), které jim umožnily zaujmout dominantní postavení na Zemi: I. Největší komplexnosti a rozmanitosti dosahují vegetativní orgány kvetoucích rostlin. II. Kvetoucí rostliny mají pokročilejší vodivý systém, který zajišťuje lepší zásobování rostliny vodou. III. Kvetoucí rostliny mají poprvé nový orgán – květ. Vajíčka jsou uzavřena v uzavřené dutině vaječníku, tvořené jedním nebo více srostlými plodolisty. Semena jsou uzavřena v plodech. Objevilo se dvojité hnojení, které je ostře odlišuje od všech ostatních skupin rostlinného světa. IV. Nejdůležitější přeměny proběhly ve vodivém systému. Namísto tracheid se hlavními vodivými prvky xylému stávají cévy, což výrazně urychluje pohyb vzestupného proudu. Krytosemenné rostliny tak dostaly v soutěži další příležitosti a nakonec se staly „vítězi“ v boji o existenci.

III. S využitím poznatků o metabolismu a přeměně energie v lidském těle podat vědecké vysvětlení vlivu fyzické nečinnosti, stresu, špatných návyků a přejídání na metabolismus. Tělo přijímá mnoho látek zvenčí, zpracovává je, získává energii nebo ty molekuly, které tělo potřebuje pro stavbu vlastních tkání. Vzniklé metabolické produkty se z těla vylučují. Souhrn všech reakcí disimilace (rozklad látek s uvolněním energie) a asimilace (syntéza látek nezbytných pro tělo) se nazývá metabolismus. Ve zdravém těle jsou asimilace a disimilace přísně vyváženy. Všechny metabolické reakce jsou regulovány nervovým a endokrinním systémem. Metabolické poruchy jsou základem mnoha lidských nemocí.

1. Pohybová nečinnost - snížená pohybová aktivita, nedostatek pohybové aktivity - vede ke snížení výkonnosti svalů, kardiovaskulárního systému a v důsledku toho k poruchám látkové výměny a zhoršení stavu celého organismu jako celku. Živiny nevynaložené na fyzickou aktivitu se ukládají, což často vede k obezitě. Přispívá k tomu i přejídání (2).

3. Stres je ochranná reakce těla, která mu umožňuje přežít v době nebezpečí. Stres mobilizuje schopnosti organismu, je provázen uvolňováním hormonů, zvyšuje intenzitu kardiovaskulární činnosti atd. Silný a zejména dlouhotrvající stres však může vést k vyčerpání lidských sil a poruchám metabolismu.

4. Neustálá konzumace alkoholických nápojů má velmi silný negativní vliv na metabolismus. U alkoholiků oxidující etylalkohol dodává tělu určité množství energie, ale také produkuje velmi toxické látky, které zabíjejí jaterní a mozkové buňky. Postupně se snižuje chuť k jídlu u alkoholiků a přestávají jíst normální množství bílkovin, tuků a sacharidů a nahrazují je alkoholickými nápoji, což vede ke zničení těla. Chronickí alkoholici mají vždy poškozená játra, hubnou a dochází k postupné destrukci svalů.

5. Kouření má také silný negativní vliv na metabolismus, protože ničí plíce a brání tělu přijímat potřebné množství kyslíku. Kouření navíc výrazně zvyšuje pravděpodobnost vzniku rakoviny plic.

6. Omamné látky, podílející se na metabolismu, způsobují závislost, následně je ukončení příjmu nikotinu, alkoholu apod. doprovázeno abstinenčními příznaky - prudké zhoršení pohody. Vzniká tak fyziologická a psychická závislost na drogách.