Biologija kao znanost. Uloga biologije u ljudskom životu i praktičnim aktivnostima

Biologija kao znanost

Biologija(od grčkog bios- život, logo- riječ, znanost) je skup znanosti o živoj prirodi.

Predmet biologije su sve manifestacije života: građa i funkcije živih bića, njihova raznolikost, nastanak i razvoj, kao i međudjelovanje s okolišem. Glavna zadaća biologije kao znanosti je tumačenje svih pojava žive prirode na znanstvenim osnovama, uzimajući u obzir da cijeli organizam ima svojstva koja se bitno razlikuju od njegovih sastavnih dijelova.

Pojam “biologija” nalazimo u djelima njemačkih anatoma T. Roosea (1779.) i K. F. Burdacha (1800.), no tek 1802. prvi su ga samostalno upotrijebili J. B. Lamarck i G. R. Treviranus za znanost koja proučava žive organizme. .

Biološke znanosti

Trenutno biologija uključuje niz znanosti koje se mogu sistematizirati prema sljedećim kriterijima: prema predmetu i dominantnim metodama istraživanja te prema razini organizacije žive prirode koja se proučava. Prema predmetu proučavanja biološke znanosti dijele se na bakteriologiju, botaniku, virologiju, zoologiju i mikologiju.

Botanika je biološka znanost koja svestrano proučava biljke i vegetacijski pokrov Zemlje. Zoologija- grana biologije, znanost o raznolikosti, građi, životnoj aktivnosti, rasprostranjenosti i odnosu životinja s okolinom, njihovom podrijetlu i razvoju. Bakteriologija- biološka znanost koja proučava građu i djelovanje bakterija, kao i njihovu ulogu u prirodi. Virologija- biološka znanost koja proučava viruse. Glavni predmet mikologije su gljive, njihova građa i karakteristike života. Lihenologija- biološka znanost koja proučava lišajeve. Bakteriologija, virologija i neki aspekti mikologije često se smatraju dijelom mikrobiologije - grane biologije, znanosti o mikroorganizmima (bakterije, virusi i mikroskopske gljive). Sistematika ili taksonomija, biološka je znanost koja opisuje i razvrstava u skupine sva živa i izumrla bića.

Redom se svaka od navedenih bioloških znanosti dijeli na biokemiju, morfologiju, anatomiju, fiziologiju, embriologiju, genetiku i sistematiku (biljke, životinje ili mikroorganizmi). Biokemija je znanost o kemijskom sastavu žive tvari, kemijskim procesima koji se odvijaju u živim organizmima i koji su u osnovi njihove životne aktivnosti. Morfologija- biološka znanost koja proučava oblik i strukturu organizama, kao i obrasce njihova razvoja. U širem smislu uključuje citologiju, anatomiju, histologiju i embriologiju. Razlikovati morfologiju životinja i biljaka. Anatomija je grana biologije (točnije morfologije), znanosti koja proučava unutarnju građu i oblik pojedinih organa, sustava i organizma u cjelini. Anatomija biljaka se smatra dijelom botanike, anatomija životinja se smatra dijelom zoologije, a anatomija čovjeka je posebna znanost. Fiziologija- biološka znanost koja proučava životne procese biljnih i životinjskih organizama, njihovih pojedinih sustava, organa, tkiva i stanica. Postoji fiziologija biljaka, životinja i ljudi. Embriologija (razvojna biologija)- grana biologije, znanost o individualnom razvoju organizma, uključujući i razvoj embrija.

Objekt genetika su zakoni nasljeđivanja i varijabilnosti. Trenutno je to jedna od najdinamičnijih bioloških znanosti u razvoju.

Prema stupnju uređenosti žive prirode koja se proučava razlikuju se molekularna biologija, citologija, histologija, organologija, biologija organizama i nadorganizmski sustavi. Molekularna biologija je jedna od najmlađih grana biologije, znanost koja proučava, posebice, organizaciju nasljedne informacije i biosintezu proteina. Citologija, ili stanična biologija, biološka je znanost čiji su predmet proučavanja stanice jednostaničnih i višestaničnih organizama. Histologija- biološka znanost, grana morfologije, čiji je predmet struktura tkiva biljaka i životinja. Područje organologije obuhvaća morfologiju, anatomiju i fiziologiju različitih organa i njihovih sustava.

Biologija organizma obuhvaća sve znanosti koje se bave živim organizmima, npr. etologija- znanost o ponašanju organizama.

Biologija nadorganizmskih sustava dijeli se na biogeografiju i ekologiju. Proučava rasprostranjenost živih organizama biogeografija, dok ekologija- organizacija i funkcioniranje nadorganizmskih sustava na različitim razinama: populacije, biocenoze (zajednice), biogeocenoze (ekosustavi) i biosfera.

Prema prevladavajućim metodama istraživanja razlikujemo deskriptivnu (npr. morfologija), eksperimentalnu (npr. fiziologija) i teorijsku biologiju.

Identificirati i objasniti obrasce strukture, funkcioniranja i razvoja žive prirode na različitim razinama njezine organizacije zadatak je opća biologija. Uključuje biokemiju, molekularnu biologiju, citologiju, embriologiju, genetiku, ekologiju, evolucijsku znanost i antropologiju. Evolucijska doktrina proučava uzroke, pokretačke sile, mehanizme i općenite obrasce evolucije živih organizama. Jedan od njegovih odjeljaka je paleontologija- znanost čiji su predmet fosilni ostaci živih organizama. Antropologija- dio opće biologije, znanosti o podrijetlu i razvoju čovjeka kao biološke vrste, kao io raznolikosti suvremenih ljudskih populacija i obrascima njihove interakcije.

Primijenjeni aspekti biologije uključeni su u područje biotehnologije, uzgoja i drugih znanosti koje se brzo razvijaju. Biotehnologija je biološka znanost koja proučava korištenje živih organizama i bioloških procesa u proizvodnji. Ima široku primjenu u prehrambenoj (pekarstvo, sirarstvo, pivarstvo itd.) i farmaceutskoj industriji (proizvodnja antibiotika, vitamina), za pročišćavanje vode itd. Izbor- znanost o metodama stvaranja pasmina domaćih životinja, sorti kultiviranih biljaka i sojeva mikroorganizama sa svojstvima potrebnim čovjeku. Selekcija se također shvaća kao proces mijenjanja živih organizama koji provodi čovjek za svoje potrebe.

Napredak biologije usko je povezan s uspjesima drugih prirodnih i egzaktnih znanosti, kao što su fizika, kemija, matematika, informatika itd. Na primjer, mikroskopija, ultrazvuk (ultrazvuk), tomografija i druge metode biologije temelje se na fizikalnim zakona, a proučavanje strukture bioloških molekula i procesa koji se odvijaju u živim sustavima bilo bi nemoguće bez upotrebe kemijskih i fizikalnih metoda. Korištenje matematičkih metoda omogućuje, s jedne strane, utvrđivanje prisutnosti prirodne veze između objekata ili pojava, potvrdu pouzdanosti dobivenih rezultata, as druge strane, modeliranje pojave ili procesa. Nedavno su računalne metode, poput modeliranja, postale sve važnije u biologiji. Na razmeđu biologije i drugih znanosti nastale su brojne nove znanosti poput biofizike, biokemije, bionike itd.

Dostignuća biologije

Najvažniji događaji u području biologije, koji su utjecali na cjelokupni tijek njezina daljnjeg razvoja, jesu: utvrđivanje molekularne strukture DNA i njezine uloge u prijenosu informacija u živoj tvari (F. Crick, J. Watson, M. Wilkins); dešifriranje genetskog koda (R. Holley, H. G. Korana, M. Nirenberg); otkriće strukture gena i genetske regulacije sinteze proteina (A. M. Lvov, F. Jacob, J. L. Monod i dr.); formulacija stanične teorije (M. Schleiden, T. Schwann, R. Virchow, K. Baer); proučavanje obrazaca nasljednosti i varijabilnosti (G. Mendel, H. de Vries, T. Morgan i dr.); oblikovanje načela moderne sistematike (C. Linnaeus), evolucijske teorije (C. Darwin) i doktrine biosfere (V. I. Vernadsky).

"Kravlje ludilo" (prioni).

Rad na programu ljudskog genoma, koji se istovremeno odvijao u nekoliko zemalja i završio početkom ovog stoljeća, doveo nas je do spoznaje da ljudi imaju oko 25-30 tisuća gena, ali se podaci iz većine naše DNK nikada ne čitaju. , budući da sadrži ogroman broj regija i gena koji kodiraju osobine koje su izgubile značaj za ljude (rep, dlake na tijelu itd.). Osim toga, dešifrirani su i brojni geni odgovorni za razvoj nasljednih bolesti, kao i ciljani geni za lijekove. No, praktična primjena rezultata dobivenih tijekom provedbe ovog programa odgađa se dok se ne dešifriraju genomi značajnog broja ljudi, a tada će se pokazati u čemu su njihove razlike. Ti su ciljevi postavljeni za brojne vodeće laboratorije diljem svijeta koji rade na implementaciji ENCODE programa.

Biološka istraživanja temelj su medicine, farmacije, a imaju široku primjenu u poljoprivredi i šumarstvu, prehrambenoj industriji i drugim granama ljudske djelatnosti.

Poznato je da je tek „zelena revolucija“ 1950-ih omogućila barem djelomično rješavanje problema opskrbe brzorastućeg stanovništva Zemlje hranom, a stoke hranom uvođenjem novih sorti biljaka i naprednih tehnologija. za njihov uzgoj. Zbog činjenice da su genetski programirana svojstva poljoprivrednih kultura već gotovo iscrpljena, daljnje rješenje problema hrane povezano je sa širokim uvođenjem genetski modificiranih organizama u proizvodnju.

Proizvodnja mnogih prehrambenih proizvoda, poput sireva, jogurta, kobasica, peciva i dr., također je nemoguća bez korištenja bakterija i gljivica, što je predmet biotehnologije.

Poznavanje prirode uzročnika, procesa mnogih bolesti, mehanizama imunosti, obrazaca nasljeđivanja i varijabilnosti omogućilo je značajno smanjenje smrtnosti, pa čak i potpuno iskorijenjivanje niza bolesti, poput velikih boginja. Uz pomoć najnovijih dostignuća biološke znanosti rješava se i problem ljudske reprodukcije.

Značajan dio suvremenih lijekova proizvodi se na bazi prirodnih sirovina, kao i zahvaljujući uspjesima genetskog inženjeringa, kao što je, primjerice, inzulin, tako neophodan za oboljele od dijabetesa, uglavnom sintetiziran od strane bakterija kojima prenesen je odgovarajući gen.

Biološka istraživanja nisu ništa manje važna za očuvanje okoliša i raznolikosti živih organizama čija opasnost od izumiranja dovodi u pitanje postojanje čovječanstva.

Najveće značenje među dostignućima biologije ima činjenica da čak čine osnovu za izgradnju neuronskih mreža i genetskog koda u računalnoj tehnologiji, a također se široko koriste u arhitekturi i drugim industrijama. Bez sumnje, 21. stoljeće je stoljeće biologije.

Metode poznavanja žive prirode

Kao i svaka druga znanost, biologija ima svoj arsenal metoda. Uz znanstvenu metodu spoznaje koja se koristi u drugim područjima, u biologiji se široko koriste metode poput povijesne, poredbeno-deskriptivne itd.

Znanstvena metoda spoznaje uključuje promatranje, postavljanje hipoteza, eksperiment, modeliranje, analizu rezultata i izvođenje općih obrazaca.

Promatranje- ovo je svrhovito opažanje predmeta i pojava pomoću osjetila ili instrumenata, određeno zadatkom aktivnosti. Glavni uvjet za znanstveno promatranje je njegova objektivnost, odnosno mogućnost provjere podataka dobivenih ponovljenim promatranjem ili korištenjem drugih istraživačkih metoda, poput eksperimenta. Činjenice dobivene kao rezultat promatranja nazivaju se podaci. Mogu biti kao kvaliteta(opisivanje mirisa, okusa, boje, oblika itd.), i kvantitativni, a kvantitativni podaci su točniji od kvalitativnih podataka.

Na temelju podataka promatranja formulira se hipoteza- presumptivni sud o prirodnoj povezanosti pojava. Hipoteza se testira nizom eksperimenata. Eksperiment naziva se znanstveno proveden eksperiment, promatranje fenomena koji se proučava pod kontroliranim uvjetima, što omogućuje identificiranje karakteristika danog objekta ili fenomena. Najviši oblik eksperimenta je modeliranje- proučavanje bilo koje pojave, procesa ili sustava objekata konstruiranjem i proučavanjem njihovih modela. U biti, ovo je jedna od glavnih kategorija teorije znanja: svaka metoda znanstvenog istraživanja, kako teoretska tako i eksperimentalna, temelji se na ideji modeliranja.

Eksperimentalni i simulacijski rezultati podliježu pažljivoj analizi. Analiza naziva metodom znanstvenog istraživanja rastavljanjem objekta na njegove sastavne dijelove ili mentalnim rastavljanjem objekta putem logičke apstrakcije. Analiza je neraskidivo povezana sa sintezom. Sinteza je metoda proučavanja predmeta u njegovoj cjelovitosti, u jedinstvu i međusobnoj povezanosti njegovih dijelova. Kao rezultat analize i sinteze nastaje najuspješnija istraživačka hipoteza radna hipoteza, a ako može izdržati pokušaje da se opovrgne i još uvijek uspješno predviđa prethodno neobjašnjene činjenice i odnose, onda može postati teorija.

Pod, ispod teorija razumjeti oblik znanstvenog znanja koji daje holističku ideju o obrascima i bitnim vezama stvarnosti. Opći smjer znanstvenog istraživanja je postizanje viših razina predvidljivosti. Ako nikakve činjenice ne mogu promijeniti teoriju, a odstupanja od nje koja se javljaju su redovita i predvidljiva, onda se ona može uzdići u rang zakon- nužan, bitan, stabilan, ponavljajući odnos među pojavama u prirodi.

Kako se skup znanja povećava, a istraživačke metode poboljšavaju, hipoteze i dobro utemeljene teorije mogu se osporavati, modificirati, pa čak i odbacivati, budući da je znanstveno znanje samo po sebi dinamično i stalno podložno kritičkom reinterpretiranju.

Povijesna metoda otkriva obrasce pojave i razvoja organizama, formiranje njihove strukture i funkcije. U nizu slučajeva, uz pomoć ove metode, hipoteze i teorije koje su prije smatrane lažnima dobivaju novi život. To se, primjerice, dogodilo s pretpostavkama Charlesa Darwina o prirodi prijenosa signala u biljci kao odgovor na utjecaje okoliša.

Poredbeno-deskriptivna metoda omogućuje anatomsku i morfološku analizu predmeta istraživanja. Na njemu se temelji klasifikacija organizama, identificirajući obrasce nastanka i razvoja različitih oblika života.

Praćenje je sustav mjera za promatranje, procjenu i predviđanje promjena u stanju objekta koji se proučava, posebno biosfere.

Provođenje promatranja i eksperimenata često zahtijeva korištenje posebne opreme, kao što su mikroskopi, centrifuge, spektrofotometri itd.

Mikroskopija se široko koristi u zoologiji, botanici, anatomiji čovjeka, histologiji, citologiji, genetici, embriologiji, paleontologiji, ekologiji i drugim granama biologije. Omogućuje vam proučavanje fine strukture objekata pomoću svjetlosnih, elektronskih, rendgenskih i drugih vrsta mikroskopa.

Uređaj svjetlosnog mikroskopa. Svjetlosni mikroskop sastoji se od optičkog i mehaničkog dijela. Prvi uključuje okular, objektive i zrcalo, a drugi uključuje tubus, tronožac, bazu, pozornicu i vijak.

Ukupno povećanje mikroskopa određuje se formulom:

povećanje leće $×$ povećanje okulara $-$ povećanje mikroskopa.

Na primjer, ako leća poveća objekt 8$ puta, a okular 7$, tada je ukupno povećanje mikroskopa 56$.

Diferencijalno centrifugiranje, ili frakcioniranje, omogućuje odvajanje čestica prema njihovoj veličini i gustoći pod utjecajem centrifugalne sile, koja se aktivno koristi u proučavanju strukture bioloških molekula i stanica.

Arsenal bioloških metoda stalno se ažurira i trenutno ga je gotovo nemoguće u potpunosti pokriti. Stoga će u nastavku biti riječi o nekim metodama koje se koriste u pojedinim biološkim znanostima.

Uloga biologije u oblikovanju suvremene prirodoslovne slike svijeta

U fazi svog nastanka biologija još nije postojala odvojeno od ostalih prirodnih znanosti i bila je ograničena samo na promatranje, proučavanje, opisivanje i klasifikaciju predstavnika životinjskog i biljnog svijeta, odnosno bila je deskriptivna znanost. Međutim, to nije spriječilo drevne prirodoslovce Hipokrata (oko 460. – 377. pr. Kr.), Aristotela (384. – 322. pr. Kr.) i Teofrasta (pravim imenom Tirtham, 372. – 287. pr. Kr.) da daju značajan doprinos razvoju ideje o građi ljudskog tijela i životinja, kao io biološkoj raznolikosti životinja i biljaka, čime su postavljeni temelji anatomije i fiziologije čovjeka, zoologije i botanike.

Produbljivanje spoznaja o živoj prirodi i sistematizacija prethodno prikupljenih činjenica, koje se događa u 16.–18. stoljeću, kulminiralo je uvođenjem binarne nomenklature i stvaranjem skladne taksonomije biljaka (C. Linnaeus) i životinja (J. B. Lamarck). ).

Opis značajnog broja vrsta sličnih morfoloških karakteristika, kao i paleontološki nalazi, postali su preduvjeti za razvoj ideja o podrijetlu vrsta i putovima povijesnog razvoja organskog svijeta. Tako su pokusi F. Redija, L. Spallanzanija i L. Pasteura u 17.–19. stoljeću opovrgli hipotezu o spontanom naraštaju, koju je iznio Aristotel i koja je prevladavala u srednjem vijeku, te teoriju biokemijske evolucije A. I. Oparina i J. Haldane, briljantno potvrđen od S. Millera i G. Yurija, omogućio nam je odgovoriti na pitanje o podrijetlu svih živih bića.

Ako proces nastanka živih bića iz neživih komponenti i njegova evolucija sami po sebi više ne izazivaju sumnje, onda mehanizmi, putovi i pravci povijesnog razvoja organskog svijeta još uvijek nisu u potpunosti shvaćeni, budući da niti jedno od dva glavne konkurentske teorije evolucije (sintetička teorija evolucije, nastala na temelju teorije C. Darwina i teorija J. B. Lamarcka) još uvijek ne mogu pružiti sveobuhvatne dokaze.

Primjena mikroskopije i drugih metoda srodnih znanosti, zahvaljujući napretku u području drugih prirodnih znanosti, kao i uvođenje eksperimentalne prakse, omogućila je njemačkim znanstvenicima T. Schwannu i M. Schleidenu da još u 1941. formuliraju staničnu teoriju. 19. st., kasnije dopunjen od R. Virchowa i K. Baera. Postala je to najvažnija generalizacija u biologiji, koja je činila kamen temeljac modernih ideja o jedinstvu organskog svijeta.

Otkriće obrazaca prijenosa nasljednih informacija od strane češkog redovnika G. Mendela poslužilo je kao poticaj za daljnji brzi razvoj biologije u 20.–21. stoljeću i dovelo je ne samo do otkrića univerzalnog nositelja nasljeđa - DNK, već također i genetski kod, kao i temeljne mehanizme kontrole, čitanja i varijabilnosti nasljednih informacija.

Razvoj ideja o okolišu doveo je do pojave takve znanosti kao što je ekologija i formulacija učenja o biosferi kao složeni višekomponentni planetarni sustav međusobno povezanih ogromnih bioloških kompleksa, kao i kemijskih i geoloških procesa koji se odvijaju na Zemlji (V.I. Vernadsky), što u konačnici omogućuje barem malo smanjenje negativnih posljedica ljudske gospodarske aktivnosti.

Tako je biologija odigrala važnu ulogu u formiranju moderne prirodoslovne slike svijeta.

Razina organizacije i evolucija. Glavne razine organizacije žive prirode: stanična, organska, populacijsko-vrstska, biogeocenotska, biosferna. Biološki sustavi. Opće karakteristike bioloških sustava: stanična građa, značajke kemijskog sastava, metabolizam i pretvorba energije, homeostaza, podražljivost, kretanje, rast i razvoj, razmnožavanje, evolucija

Razina organizacije i evolucija

Živa priroda nije homogena tvorevina, poput kristala, već je predstavljena beskonačnom raznolikošću svojih sastavnih objekata (trenutačno je opisano samo oko 2 milijuna vrsta organizama). Pritom ta raznolikost nije dokaz da u njoj vlada kaos, jer organizmi imaju staničnu strukturu, organizmi iste vrste tvore populacije, sve populacije koje žive na jednom komadu kopna ili vode tvore zajednice, a u interakciji s tijelima nežive prirode tvore biogeocenoze, sa svoje strane čine biosferu.

Dakle, živa priroda je sustav čije se komponente mogu poredati u strogom redoslijedu: od nižeg prema višem. Ovaj princip organizacije omogućuje razlikovanje pojedinca razine te daje sveobuhvatno razumijevanje života kao prirodnog fenomena. Na svakoj razini organizacije određena je elementarna jedinica i elementarna pojava. Kao elementarna jedinica promatrati strukturu ili objekt čije promjene predstavljaju doprinos specifičan za odgovarajuću razinu procesu očuvanja i razvoja života, dok je sama ta promjena elementarna pojava.

Formiranje takve strukture na više razina nije se moglo dogoditi trenutno - to je rezultat milijardi godina povijesnog razvoja, tijekom kojeg je došlo do progresivnog usložnjavanja životnih oblika: od kompleksa organskih molekula do stanica, od stanica do organizama, itd. Jednom formirana ova struktura održava svoje postojanje zahvaljujući složenom regulacijskom sustavu i nastavlja se razvijati, a na svakoj od razina organizacije žive tvari događaju se odgovarajuće evolucijske transformacije.

Glavne razine organizacije žive prirode: stanična, organska, populacijsko-vrstska, biogeocenotska, biosferna

Trenutno postoji nekoliko glavnih razina organizacije žive tvari: stanična, organska, populacijsko-vrstska, biogeocenotska i biosferna.

Stanična razina

Iako su manifestacije nekih svojstava živih bića već rezultat međudjelovanja bioloških makromolekula (proteini, nukleinske kiseline, polisaharidi itd.), jedinica strukture, funkcija i razvoja živih bića je stanica, koja je sposobna nositi van i spajanje procesa implementacije i prijenosa nasljednih informacija s metabolizmom i pretvorbom energije, čime se osigurava funkcioniranje viših razina organizacije. Elementarna jedinica stanične razine organizacije je stanica, a elementarna pojava su reakcije staničnog metabolizma.

Razina organizma

Organizam je cjeloviti sustav sposoban za neovisno postojanje. Na temelju broja stanica koje izgrađuju organizme dijele se na jednostanične i višestanične. Stanična razina organizacije kod jednostaničnih organizama (ameba vulgaris, zelena euglena i dr.) podudara se s organskom razinom. Postojalo je razdoblje u povijesti Zemlje kada su svi organizmi bili predstavljeni samo jednostaničnim oblicima, ali su osiguravali funkcioniranje i biogeocenoza i biosfere u cjelini. Većina višestaničnih organizama predstavljena je skupom tkiva i organa, koji također imaju staničnu strukturu. Organi i tkiva prilagođeni su za obavljanje određenih funkcija. Osnovna jedinica ove razine je jedinka u svom individualnom razvoju, odnosno ontogenezi, pa se organska razina naziva i ontogenetski. Elementarni fenomen na ovoj razini su promjene u tijelu u njegovom individualnom razvoju.

Populacijsko-vrstna razina

Populacija- ovo je skup jedinki iste vrste, koji se međusobno slobodno križaju i žive odvojeno od drugih sličnih skupina jedinki.

U populacijama postoji slobodna razmjena nasljednih informacija i njihov prijenos na potomke. Populacija je elementarna jedinica populacijsko-vrstne razine, a elementarna pojava u ovom slučaju su evolucijske transformacije, kao što su mutacije i prirodna selekcija.

Biogeocenotska razina

Biogeocenoza predstavlja povijesno uspostavljenu zajednicu populacija različitih vrsta, međusobno i s okolišem povezanih metabolizmom i energijom.

Biogeocenoze su elementarni sustavi u kojima se odvija materijalni i energetski ciklus određen vitalnom aktivnošću organizama. Same biogeocenoze su elementarne jedinice određene razine, dok su elementarne pojave tokovi energije i ciklusi tvari u njima. Biogeocenoze čine biosferu i određuju sve procese koji se u njoj odvijaju.

Razina biosfere

Biosfera- ljuska Zemlje naseljena živim organizmima i transformirana od strane njih.

Biosfera je najviša razina organizacije života na planetu. Ova ljuska prekriva donji dio atmosfere, hidrosferu i gornji sloj litosfere. Biosfera je, kao i svi drugi biološki sustavi, dinamična i živa bića je aktivno transformiraju. Sama je elementarna jedinica razine biosfere, a procesi kruženja tvari i energije koji se odvijaju uz sudjelovanje živih organizama smatraju se elementarnim fenomenom.

Kao što je gore spomenuto, svaka od razina organizacije žive tvari daje svoj doprinos jednom evolucijskom procesu: u stanici se ne samo reproducira ugrađena nasljedna informacija, već dolazi i do njezine promjene, što dovodi do pojave novih kombinacija karakteristike i svojstva organizma, koji su pak podložni djelovanju prirodne selekcije na populacijsko-vrstnoj razini itd.

Biološki sustavi

Biološki objekti različitog stupnja složenosti (stanice, organizmi, populacije i vrste, biogeocenoze i sama biosfera) trenutno se smatraju biološki sustavi.

Sustav je jedinstvo strukturnih komponenti čija interakcija daje nova svojstva u usporedbi s njihovom mehaničkom ukupnošću. Dakle, organizmi se sastoje od organa, organi se tvore od tkiva, a tkiva tvore stanice.

Karakteristične značajke bioloških sustava su njihova cjelovitost, načelo razine organizacije, kao što je gore navedeno, i otvorenost. Cjelovitost bioloških sustava uvelike se postiže samoregulacijom, koja djeluje na principu povratne sprege.

DO otvoreni sustavi uključuju sustave između kojih dolazi do razmjene tvari, energije i informacija između njih i okoliša, na primjer, biljke u procesu fotosinteze hvataju sunčevu svjetlost i apsorbiraju vodu i ugljični dioksid, oslobađajući kisik.

Opće karakteristike bioloških sustava: stanična građa, značajke kemijskog sastava, metabolizam i pretvorba energije, homeostaza, podražljivost, kretanje, rast i razvoj, razmnožavanje, evolucija

Biološki sustavi razlikuju se od tijela nežive prirode skupom znakova i svojstava, među kojima su glavna stanična struktura, kemijski sastav, metabolizam i pretvorba energije, homeostaza, podražljivost, kretanje, rast i razvoj, reprodukcija i evolucija.

Elementarna strukturna i funkcionalna jedinica živog bića je stanica. Čak i virusi koji pripadaju nestaničnim oblicima života nisu sposobni za samoreprodukciju izvan stanica.

Postoje dvije vrste stanične strukture: prokariotski I eukariotski. Prokariotske stanice nemaju formiranu jezgru, njihova genetska informacija koncentrirana je u citoplazmi. U prokariote prvenstveno spadaju bakterije. Genetske informacije u eukariotskim stanicama pohranjene su u posebnoj strukturi – jezgri. Eukarioti uključuju biljke, životinje i gljive. Ako su u jednostaničnim organizmima sve manifestacije života svojstvene stanici, tada u višestaničnim organizmima dolazi do specijalizacije stanica.

U živim organizmima ne postoji niti jedan kemijski element koji ne postoji u neživoj prirodi, ali se njihove koncentracije u prvom i drugom slučaju značajno razlikuju. U živoj prirodi prevladavaju elementi poput ugljika, vodika i kisika koji ulaze u sastav organskih spojeva, dok neživu prirodu uglavnom karakteriziraju anorganske tvari. Najvažniji organski spojevi su nukleinske kiseline i proteini, koji osiguravaju funkcije samoreprodukcije i samoodržanja, ali niti jedna od tih tvari nije nositelj života, jer ni pojedinačno ni u skupini nisu sposobni za samoreprodukciju - ovo zahtijeva integralni kompleks molekula i struktura, što je stanica.

Svi živi sustavi, uključujući stanice i organizme, otvoreni su sustavi. No, za razliku od nežive prirode, gdje se uglavnom događa prijenos tvari s jednog mjesta na drugo ili promjena njihovog agregatnog stanja, živa su bića sposobna za kemijsku pretvorbu utrošenih tvari i korištenje energije. Metabolizam i pretvorba energije povezani su s procesima kao što su prehrana, disanje i izlučivanje.

Pod, ispod hrana obično podrazumijevaju unos u tijelo, probavu i asimilaciju tvari potrebnih za popunjavanje energetskih rezervi i izgradnju tijela tijela. Prema načinu prehrane svi organizmi se dijele na autotrofi I heterotrofi.

Autotrofi- to su organizmi koji su sposobni sintetizirati organske tvari iz anorganskih.

Heterotrofi- To su organizmi koji za hranu konzumiraju gotove organske tvari. Autotrofi se dijele na fotoautotrofe i kemoautotrofe. Fotoautotrofi koristiti energiju sunčeve svjetlosti za sintezu organskih tvari. Proces pretvaranja svjetlosne energije u energiju kemijskih veza organskih spojeva naziva se fotosinteza. Velika većina biljaka i neke bakterije (na primjer, cijanobakterije) su fotoautotrofi. Općenito, fotosinteza nije vrlo produktivan proces, zbog čega je većina biljaka prisiljena voditi vezan način života. Kemoautotrofi izdvajati energiju za sintezu organskih spojeva iz anorganskih spojeva. Ovaj proces se zove kemosinteza. Tipični kemoautotrofi su neke bakterije, uključujući bakterije sumpora i bakterije željeza.

Preostali organizmi - životinje, gljive i velika većina bakterija - su heterotrofi.

Disanje je proces razgradnje organskih tvari na jednostavnije, pri čemu se oslobađa energija potrebna za održavanje života organizama.

razlikovati aerobno disanje, koji zahtijeva kisik, i anaerobni, koji se javlja bez sudjelovanja kisika. Većina organizama su aerobi, iako anaerobi postoje i među bakterijama, gljivicama i životinjama. Uz disanje kisika, složene organske tvari mogu se razgraditi na vodu i ugljikov dioksid.

Izlučivanje se obično odnosi na uklanjanje iz tijela krajnjih produkata metabolizma i viška različitih tvari (voda, soli i dr.) primljenih iz hrane ili u njoj nastalih. Procesi izlučivanja posebno su intenzivni kod životinja, dok su biljke izrazito štedljive.

Zahvaljujući metabolizmu i energiji osigurava se odnos tijela s okolinom i održava homeostaza.

Homeostaza- to je sposobnost bioloških sustava da izdrže promjene i održavaju relativnu postojanost kemijskog sastava, strukture i svojstava, kao i da osiguraju postojanost funkcioniranja u promjenjivim uvjetima okoliša. Prilagodba na promjenjive uvjete okoline naziva se adaptacija.

Razdražljivost- ovo je univerzalno svojstvo živih bića da reagiraju na vanjske i unutarnje utjecaje, što je temelj prilagodbe organizma uvjetima okoline i njegovog opstanka. Reakcija biljaka na promjene vanjskih uvjeta sastoji se, na primjer, u okretanju lisnih ploča prema svjetlu, a kod većine životinja ima složenije oblike koji su refleksne prirode.

Pokret- sastavno svojstvo bioloških sustava. Manifestira se ne samo u obliku kretanja tijela i njihovih dijelova u prostoru, na primjer, kao odgovor na iritaciju, već iu procesu rasta i razvoja.

Novi organizmi koji nastaju kao rezultat razmnožavanja ne dobivaju od svojih roditelja gotove karakteristike, već određene genetske programe, mogućnost razvoja određenih osobina. Ova nasljedna informacija ostvaruje se tijekom individualnog razvoja. Individualni razvoj izražava se, u pravilu, u kvantitativnim i kvalitativnim promjenama u tijelu. Kvantitativne promjene u tijelu nazivamo rastom. Manifestiraju se, primjerice, u obliku povećanja mase i linearnih dimenzija organizma, što se temelji na reprodukciji molekula, stanica i drugih bioloških struktura.

Razvoj organizma- ovo je pojava kvalitativnih razlika u strukturi, kompliciranju funkcija itd., Koja se temelji na diferencijaciji stanica.

Rast organizama može se nastaviti tijekom života ili završiti u nekoj određenoj fazi. U prvom slučaju govorimo o neograničen, ili otvoreni rast. Karakterističan je za biljke i gljive. U drugom slučaju imamo posla ograničeno, ili zatvoreni rast, karakterističan za životinje i bakterije.

Trajanje postojanja pojedine stanice, organizma, vrste i drugih bioloških sustava vremenski je ograničeno, uglavnom zbog utjecaja okolišnih čimbenika, pa je potrebno stalno razmnožavanje tih sustava. Razmnožavanje stanica i organizama temelji se na procesu samoumnožavanja molekula DNA. Razmnožavanje organizama osigurava postojanje vrste, a razmnožavanje svih vrsta koje obitavaju na Zemlji osigurava postojanje biosfere.

Nasljedstvo nazivamo prijenos karakteristika roditeljskih oblika kroz niz generacija.

Međutim, kada bi se karakteristike sačuvale tijekom reprodukcije, prilagodba promjenjivim uvjetima okoliša bila bi nemoguća. S tim u vezi pojavilo se svojstvo suprotno nasljednosti - varijabilnost.

Varijabilnost- to je mogućnost stjecanja novih karakteristika i svojstava tijekom života, što osigurava evoluciju i opstanak najprilagođenijih vrsta.

Evolucija nepovratan je proces povijesnog razvoja živih bića.

Temelji se na progresivna reprodukcija, nasljedna varijabilnost, borba za opstanak I prirodni odabir. Djelovanje ovih čimbenika dovelo je do velike raznolikosti životnih oblika prilagođenih različitim uvjetima okoliša. Progresivna evolucija je prošla kroz niz faza: pretstanični oblici, jednostanični organizmi, sve složeniji višestanični organizmi do čovjeka.

Genetika, njezine zadaće. Nasljednost i varijabilnost su svojstva organizama. Genetske metode. Osnovni genetski pojmovi i simbolika. Kromosomska teorija nasljeđa. Suvremene ideje o genu i genomu

Genetika, njezine zadaće

Napredak prirodnih znanosti i stanične biologije u 18.–19. stoljeću omogućio je brojnim znanstvenicima da iznesu pretpostavke o postojanju određenih nasljednih čimbenika koji određuju, primjerice, razvoj nasljednih bolesti, ali te pretpostavke nisu potkrijepljene relevantnim dokazima. Čak i teorija unutarstanične pangeneze koju je formulirao H. de Vries 1889., a koja je pretpostavljala postojanje u staničnoj jezgri određenih "pangena" koji određuju nasljedne sklonosti organizma, te otpuštanje u protoplazmu samo onih od njih koji određuju tipa stanice, nije mogla promijeniti situaciju, kao ni teorija “germinativne plazme” A. Weissmana, prema kojoj se karakteristike stečene u procesu ontogeneze ne nasljeđuju.

Tek su radovi češkog istraživača G. Mendela (1822–1884) postali kamen temeljac moderne genetike. No, unatoč činjenici da su njegovi radovi citirani u znanstvenim publikacijama, njegovi suvremenici nisu obraćali pozornost na njih. I samo ponovno otkriće obrazaca neovisnog nasljeđivanja od strane trojice znanstvenika odjednom - E. Chermaka, K. Corrensa i H. de Vriesa - prisililo je znanstvenu zajednicu da se okrene podrijetlu genetike.

Genetika je znanost koja proučava obrasce nasljeđivanja i varijabilnosti te metode upravljanja njima.

Zadaci genetike u sadašnjoj fazi su proučavanje kvalitativnih i kvantitativnih karakteristika nasljednog materijala, analiza strukture i funkcioniranja genotipa, dešifriranje fine strukture gena i metoda za regulaciju aktivnosti gena, traženje gena koji uzrokuju razvoj nasljednih ljudskih bolesti i metode za njihovo "ispravljanje", stvaranje nove generacije lijekova prema tipu DNA cjepiva, konstrukcija, pomoću genetskog i staničnog inženjeringa, organizama s novim svojstvima koji bi mogli proizvoditi lijekove i prehrambene proizvode potrebne ljudima, kao i kao potpuno dešifriranje ljudskog genoma.

Nasljednost i varijabilnost - svojstva organizama

Nasljedstvo je sposobnost organizama da prenose svoje karakteristike i svojstva kroz niz generacija.

Varijabilnost- sposobnost organizama da tijekom života stječu nova svojstva.

Znakovi- to su svaka morfološka, ​​fiziološka, ​​biokemijska i druga obilježja organizama po kojima se neki od njih razlikuju od drugih, primjerice boja očiju. Svojstva također se nazivaju bilo koje funkcionalne karakteristike organizama, koje se temelje na određenoj strukturnoj karakteristici ili skupini elementarnih karakteristika.

Karakteristike organizama mogu se podijeliti na kvaliteta I kvantitativni. Kvalitativni znakovi imaju dvije ili tri kontrastne manifestacije, koje se nazivaju alternativni znakovi, npr. plave i smeđe boje očiju, dok kvantitativne (mliječnost krava, prinos pšenice) nemaju jasno definirane razlike.

Materijalni nositelj nasljeđa je DNK. Kod eukariota postoje dvije vrste nasljeđa: genotipski I citoplazmatski. Nositelji genotipskog naslijeđa lokalizirani su u jezgri i o njima će biti više riječi, dok su nositelji citoplazmatskog nasljeđa kružne molekule DNA smještene u mitohondrijima i plastidima. Citoplazmatska nasljednost prenosi se uglavnom s jajetom, stoga se također naziva materinski.

Mali broj gena lokaliziran je u mitohondrijima ljudskih stanica, ali njihove promjene mogu značajno utjecati na razvoj organizma, primjerice dovesti do razvoja sljepoće ili postupnog smanjenja pokretljivosti. Plastidi igraju jednako važnu ulogu u životu biljaka. Dakle, u nekim dijelovima lista mogu biti prisutne stanice bez klorofila, što dovodi, s jedne strane, do smanjenja produktivnosti biljaka, as druge strane, takvi raznoliki organizmi cijenjeni su u dekorativnom uređenju okoliša. Takvi se primjerci razmnožavaju uglavnom aseksualno, budući da spolno razmnožavanje često proizvodi obične zelene biljke.

Genetske metode

1. Hibridološka metoda ili metoda križanja sastoji se od odabira roditeljskih jedinki i analize potomaka. U ovom slučaju, genotip organizma prosuđuje se prema fenotipskim manifestacijama gena u potomcima dobivenim određenom shemom križanja. Ovo je najstarija informativna metoda genetike koju je najpotpunije prvi upotrijebio G. Mendel u kombinaciji sa statističkom metodom. Ova metoda nije primjenjiva u ljudskoj genetici iz etičkih razloga.

2. Citogenetička metoda temelji se na proučavanju kariotipa: broja, oblika i veličine kromosoma organizma. Proučavanje ovih značajki omogućuje nam prepoznavanje različitih razvojnih patologija.

3. Biokemijska metoda omogućuje vam određivanje sadržaja različitih tvari u tijelu, osobito njihov višak ili nedostatak, kao i aktivnost niza enzima.

4. Molekularno genetičke metode usmjerene su na identificiranje varijacija u strukturi i dešifriranje primarne nukleotidne sekvence DNA dijelova koji se proučavaju. Omogućuju identifikaciju gena za nasljedne bolesti čak i kod embrija, utvrđivanje očinstva itd.

5. Metoda populacijske statistike omogućuje određivanje genetskog sastava populacije, učestalost pojedinih gena i genotipova, genetsko opterećenje, te ocrtavanje perspektive razvoja populacije.

6. Metoda hibridizacije somatskih stanica u kulturi omogućuje određivanje lokalizacije određenih gena u kromosomima tijekom spajanja stanica različitih organizama, na primjer, miša i hrčka, miša i čovjeka itd.

Osnovni genetski pojmovi i simbolika

Gen- ovo je dio molekule DNA, odnosno kromosoma, koji nosi informaciju o određenoj osobini ili svojstvu organizma.

Neki geni mogu utjecati na ispoljavanje nekoliko osobina odjednom. Ova pojava se zove pleiotropija. Na primjer, gen koji uzrokuje razvoj nasljedne bolesti arahnodaktilije (paukovi prsti) također uzrokuje zakrivljenost leće i patologije mnogih unutarnjih organa.

Svaki gen zauzima strogo određeno mjesto na kromosomu - mjesto. Budući da su u somatskim stanicama većine eukariotskih organizama kromosomi upareni (homologni), svaki od uparenih kromosoma sadrži jednu kopiju gena odgovornog za određeno svojstvo. Takvi se geni nazivaju alelni.

Alelni geni najčešće postoje u dvije verzije – dominantnoj i recesivnoj. Dominantan naziva se alel koji se očituje bez obzira na to koji se gen nalazi na drugom kromosomu i potiskuje razvoj svojstva kodiranog recesivnim genom. Dominantni aleli obično se označavaju velikim slovima latinične abecede (A, B, C itd.), a recesivni aleli malim slovima (a, b, c itd.). Recesivan aleli se mogu izraziti samo ako zauzimaju lokuse na oba uparena kromosoma.

Organizam koji ima iste alele na oba homologna kromosoma naziva se homozigot za ovaj gen, ili homozigot(AA, aa, AABB, aabb itd.), a organizam koji ima različite varijante gena na oba homologna kromosoma – dominantnom i recesivnom – naziva se heterozigot za ovaj gen, ili heterozigot(Aa, AaBb, itd.).

Brojni geni mogu imati tri ili više strukturnih varijanti, na primjer, krvne grupe prema sustavu AB0 kodirane su s tri alela - I A, I B, tj. Ova pojava se zove višestruki alelizam. Međutim, čak iu tom slučaju svaki kromosom iz para nosi samo jedan alel, odnosno sve tri varijante gena ne mogu biti zastupljene u jednom organizmu.

Genom- skup gena karakterističan za haploidni set kromosoma.

Genotip- skup gena karakterističan za diploidni set kromosoma.

Fenotip- skup karakteristika i svojstava organizma, koji je rezultat interakcije genotipa i okoliša.

Budući da se organizmi međusobno razlikuju po mnogim svojstvima, obrasci njihova nasljeđivanja mogu se utvrditi samo analizom dvaju ili više svojstava u potomaka. Križanje, kod kojeg se razmatra nasljeđe i provodi točan kvantitativni broj potomaka prema jednom paru alternativnih karakteristika, naziva se monohibridni m, u dva para - dvohibridni, prema većem broju znakova - polihibridni.

Na temelju fenotipa jedinke nije uvijek moguće odrediti njezin genotip, jer će i organizam homozigotan za dominantni gen (AA) i heterozigotan (Aa) imati manifestaciju dominantnog alela u fenotipu. Stoga, za provjeru genotipa organizma s unakrsnom oplodnjom, oni koriste ispitni križ- križanje, u kojem se organizam s dominantnom osobinom križa s jednim homozigotnim za recesivni gen. U tom slučaju organizam homozigotan za dominantni gen neće proizvesti cijepanje u potomstvu, dok u potomstvu heterozigotnih jedinki postoji jednak broj jedinki s dominantnim i recesivnim svojstvima.

Za bilježenje shema križanja najčešće se koriste sljedeće konvencije:

R (od lat. parenta- roditelji) - roditeljski organizmi;

$♀$ (alkemijski znak Venere - ogledalo s ručkom) - majčinski primjerak;

$♂$ (alkemijski znak Marsa - štit i koplje) - očinska osoba;

$×$ - znak prijelaza;

F 1, F 2, F 3 itd. - hibridi prve, druge, treće i sljedećih generacija;

F a - potomak iz analizirajućeg križanja.

Kromosomska teorija nasljeđa

Utemeljitelj genetike G. Mendel, kao ni njegovi najbliži sljedbenici, nisu imali pojma o materijalnoj osnovi nasljednih sklonosti, odnosno gena. Međutim, već 1902. – 1903. njemački biolog T. Boveri i američki student W. Satton neovisno su predložili da ponašanje kromosoma tijekom sazrijevanja stanica i oplodnje omogućuje objašnjenje cijepanja nasljednih faktora prema Mendelu, tj. prema njihovom mišljenju, geni moraju biti smješteni na kromosomima. Ove su pretpostavke postale kamen temeljac kromosomske teorije nasljeđivanja.

Godine 1906. engleski genetičari W. Bateson i R. Punnett otkrili su kršenje mendelske segregacije pri križanju slatkog graška, a njihov sunarodnjak L. Doncaster, u pokusima s leptirom ogrozda, otkrio je spolno nasljeđivanje. Rezultati ovih eksperimenata jasno su bili u suprotnosti s Mendelovim, ali ako uzmemo u obzir da je u to vrijeme već bilo poznato da broj poznatih karakteristika za eksperimentalne objekte daleko premašuje broj kromosoma, a to je sugeriralo da svaki kromosom nosi više od jednog gena, a geni jednog kromosoma nasljeđuju se zajedno.

Godine 1910. započeli su pokusi grupe T. Morgana na novom eksperimentalnom objektu - vinskoj mušici Drosophila. Rezultati tih eksperimenata omogućili su sredinom 20-ih godina 20. stoljeća da se formuliraju temeljna načela kromosomske teorije nasljeđa, da se odredi redoslijed gena u kromosomima i udaljenosti među njima, tj. da se sastave prvi mape kromosoma.

Osnovne odredbe kromosomske teorije nasljeđivanja:

1. Geni se nalaze na kromosomima. Geni na istom kromosomu nasljeđuju se zajedno, ili vezano, te se nazivaju grupa kvačila. Broj veznih skupina brojčano je jednak haploidnom skupu kromosoma.
2. Svaki gen zauzima strogo određeno mjesto na kromosomu – lokus.
3. Geni na kromosomima raspoređeni su linearno.
4. Prekid povezivanja gena događa se samo kao rezultat križanja.
5. Udaljenost između gena na kromosomu proporcionalna je postotku njihovog križanja.
6. Neovisno nasljeđivanje tipično je samo za gene na nehomolognim kromosomima.

Suvremene ideje o genu i genomu

Početkom 40-ih godina dvadesetog stoljeća, J. Beadle i E. Tatum, analizirajući rezultate genetskih istraživanja provedenih na gljivici neurospora, došli su do zaključka da svaki gen kontrolira sintezu enzima, te su formulirali princip „jedan gen – jedan enzim” .

No već 1961. F. Jacob, J. L. Monod i A. Lvov uspjeli su dešifrirati strukturu gena E. coli i proučiti regulaciju njegove aktivnosti. Za to su otkriće 1965. godine dobili Nobelovu nagradu za fiziologiju i medicinu.

U procesu istraživanja, osim strukturnih gena koji kontroliraju razvoj pojedinih svojstava, uspjeli su identificirati regulatorne, čija je glavna funkcija ispoljavanje svojstava kodiranih drugim genima.

Građa prokariotskog gena. Strukturni gen prokariota ima složenu strukturu, budući da uključuje regulatorne regije i kodirajuće sekvence. Regulacijska područja uključuju promotor, operator i terminator. Promotor naziva područje gena na koje je vezan enzim RNA polimeraza, koji osigurava sintezu mRNA tijekom transkripcije. S operater, smješten između promotora i strukturne sekvence, može se vezati represorski protein, koji ne dopušta RNA polimerazi da počne čitati nasljedne informacije iz kodirajuće sekvence, a tek njegovo uklanjanje omogućuje početak transkripcije. Struktura represora obično je kodirana u regulatornom genu koji se nalazi u drugom dijelu kromosoma. Čitanje informacija završava na dijelu gena tzv terminator.

Redoslijed kodiranja Strukturni gen sadrži informacije o sekvenci aminokiselina odgovarajućeg proteina. Kodni niz kod prokariota naziva se cistronom, i ukupnost kodirajućih i regulatornih regija prokariotskog gena - operon. Općenito, prokarioti, koji uključuju E. coli, imaju relativno mali broj gena smještenih na jednom kružnom kromosomu.

Citoplazma prokariota također može sadržavati dodatne male kružne ili otvorene molekule DNA koje se nazivaju plazmidi. Plazmidi se mogu integrirati u kromosome i prenositi iz jedne stanice u drugu. Mogu sadržavati informacije o spolnim karakteristikama, patogenosti i otpornosti na antibiotike.

Struktura eukariotskog gena. Za razliku od prokariota, eukariotski geni nemaju strukturu operona, jer ne sadrže operator, a svaki strukturni gen prati samo promotor i terminator. Osim toga, u eukariotskim genima značajne regije ( egzoni) izmjenjuju se s beznačajnim ( introni), koji se u potpunosti transkribiraju u mRNA i potom izrezuju tijekom sazrijevanja. Biološka uloga introna je smanjiti vjerojatnost mutacija u značajnim regijama. Regulacija gena kod eukariota mnogo je složenija od one opisane za prokariote.

Ljudski genom. U svakoj ljudskoj stanici 46 kromosoma sadrži oko 2 m DNA, čvrsto upakirane u dvostruku spiralu, koja se sastoji od približno 3,2 $×$ 10 9 parova nukleotida, što daje oko 10 1900000000 mogućih jedinstvenih kombinacija. Do kraja 80-ih godina 20. stoljeća znalo se gdje se nalazi približno 1500 ljudskih gena, ali njihov ukupan broj procijenjen je na oko 100 tisuća, budući da samo ljudi imaju oko 10 tisuća nasljednih bolesti, a da ne govorimo o broju različitih proteina sadržane u stanicama.

Godine 1988. pokrenut je međunarodni projekt Ljudski genom koji je do početka 21. stoljeća završio potpunim dekodiranjem nukleotidnog niza. On je omogućio razumijevanje da dvije različite osobe imaju 99,9% slične sekvence nukleotida, a samo preostalih 0,1% određuje našu individualnost. Ukupno je otkriveno oko 30-40 tisuća strukturnih gena, ali zatim je njihov broj smanjen na 25-30 tisuća Među tim genima ne postoje samo jedinstveni, već i ponovljeni stotine i tisuće puta. Međutim, ti geni kodiraju mnogo veći broj proteina, primjerice desetke tisuća zaštitnih proteina – imunoglobulina.

97% našeg genoma je genetsko “smeće” koje postoji samo zato što se može dobro reproducirati (RNA koja se transkribira u tim regijama nikada ne napušta jezgru). Na primjer, među našim genima ne postoje samo "ljudski" geni, već i 60% gena sličnih genima muhe Drosophile, a do 99% naših gena je slično genima čimpanze.

Paralelno s dekodiranjem genoma odvijalo se i mapiranje kromosoma, čime je bilo moguće ne samo otkriti, već i odrediti lokaciju nekih gena odgovornih za razvoj nasljednih bolesti, kao i cilj lijeka geni.

Dekodiranje ljudskog genoma još nije dalo izravan učinak, budući da smo dobili svojevrsne upute za sastavljanje tako složenog organizma kao što je osoba, ali nismo naučili kako ga proizvesti ili barem ispraviti greške u njemu. Ipak, era molekularne medicine već je na pragu, diljem svijeta se razvijaju takozvani genski pripravci koji mogu blokirati, izbrisati ili čak zamijeniti patološke gene i kod živih ljudi, a ne samo u oplođenom jajetu.

Ne treba zaboraviti da je u eukariotskim stanicama DNK sadržana ne samo u jezgri, već iu mitohondrijima i plastidima. Za razliku od nuklearnog genoma, organizacija gena u mitohondrijima i plastidima ima mnogo toga zajedničkog s organizacijom prokariotskog genoma. Unatoč činjenici da ove organele nose manje od 1% stanične nasljedne informacije i čak ne kodiraju cijeli skup proteina potrebnih za vlastito funkcioniranje, one su sposobne značajno utjecati na neke karakteristike organizma. Dakle, šarolikost kod biljaka klorofituma, bršljana i drugih nasljeđuje mali broj potomaka čak i pri križanju dviju šarolikih biljaka. To je zbog činjenice da se plastidi i mitohondriji prenose uglavnom s citoplazmom jajeta, stoga se takva nasljednost naziva majčinskom ili citoplazmatskom, za razliku od genotipske, koja je lokalizirana u jezgri.

Biologija je sustav znanosti o živoj prirodi. Među raznim biološkim znanostima, jedna od prvih, prije više od dvije tisuće godina, bila je znanost koja je proučavala biljke - botanika (od grčkog botane - zelje) - i životinje - zoologija (od grčkog zoon - životinja - i logos) . Napredak u razvoju biologije s vremenom je doveo do pojave njezinih različitih pravaca s kojima ćete se upoznati u srednjoj školi.

Svaki organizam živi u određenom okruženjue. Stanište je dio prirode koji okružuje žive organizme s kojim su u interakciji. Mnogo je živih organizama oko nas. To su biljke, životinje,bile bi bakterije. Svaka od ovih skupina proučava se zasebnoJa sam biološki znanstvenik.

Važnost biologije u životu

osoba. U naše vrijeme čovječanstvo se suočava s posebno akutnimpojavljuju se uobičajeni problemi kao što su zaštita zdravlja,osiguravanje hrane i očuvanje raznolikosti organizama na našem planetu. Biologija, čija su istraživanja usmjerena na rješavanje ovih i drugih pitanja, usko je povezana s medicinom, poljoprivredom, industrijom, posebice hranom i pićem.svjetlo, itd.

Svi znate da kad se čovjek razboli, koristi lijekove. Većina ljekovitih tvari dobiva se iz biljaka ili otpadnih produkata mikroorganizama. Primjerice, primjenom antibiotika (od grčkog anti - pr.otiv - i bios). Proizvode ih određene vrste gljivica i bakterija. Antibiotici ubijaju uzročnike mnogih opasnih bolesti kod ljudi i životinja.

Biologija također igra važnu ulogu u osiguravanju hrane za čovječanstvojesti. Znanstvenici stvaraju nove visokoprinosne sorte biljaka i pasmina životinja, što omogućuje dobivanje više prehrambenih proizvodaania. Istraživanja biologausmjerena

za očuvanje i povećanje plodnosti tla, čime se osiguravaju visoki prinosi. Živi organizmi imaju široku primjenu lkoriste se i u industriji. Primjerice, ljudi dobivaju jogurt, kefir i sireve zahvaljujući djelovanju određenih vrsta bakterija i gljivica.

Međutim, aktivna i često nepromišljena ljudska gospodarska aktivnost dovela je do značajnog onečišćenja okoliša tvarima štetnim za sva živa bića, do uništavanja šuma, netaknutih stepa i akumulacija. Tijekom proteklih stoljeća nestalo je tisuće vrsta životinja, biljaka i gljiva, a deseci tisuća su na rubu izumiranja. Ali nestanak čak i jedne vrste organizama znači nepovratan gubitak za biološku raznolikost našeg planeta. Stoga znanstvenici stvaraju popise vrsta biljaka, životinja i gljiva koje trebaju zaštitu (tzv. Crvene knjige), kao i

YouTube video

Dakle, biologija je znanost osmišljena da svojim istraživanjem uvjeri ljude u potrebu poštivanja prirode i poštivanja njezinih zakona. Stoga se smatra znanošću budućnosti.

Ulogu biologije u suvremenoj stvarnosti teško je precijeniti, jer detaljno proučava ljudski život u svim njegovim manifestacijama. Trenutno ova znanost kombinira tako važne koncepte kao što su evolucija, teorija stanica, genetika, homeostaza i energija. Njegove funkcije uključuju proučavanje razvoja svih živih bića, i to: građu organizama, njihovo ponašanje, kao i međusobne odnose i odnos s okolinom.

Važnost biologije u ljudskom životuTo postaje jasno ako povučemo paralelu između glavnih problema života pojedinca, na primjer, zdravlja, prehrane, kao i izbora optimalnih životnih uvjeta. Danas postoje brojne znanosti koje su se odvojile od biologije, postajući ništa manje važne i samostalne. To uključuje zoologiju, botaniku, mikrobiologiju i virologiju. Od njih je teško izdvojiti najznačajnije, svi oni predstavljaju kompleks vrijednih temeljnih znanja koje je akumulirala civilizacija.

Na ovom polju znanja radili su istaknuti znanstvenici, kao nprKlaudije Galen, Hipokrat, Carl Linnaeus, Charles Darwin, Alexander Oparin, Ilya Mechnikov i mnogi drugi. Zahvaljujući njihovim otkrićima, posebice proučavanju živih organizama, pojavila se znanost morfologija, ali i fiziologija koja je prikupljala znanja o sustavima organizama živih bića. Genetika je odigrala neprocjenjivu ulogu u razvoju nasljednih bolesti.

Biologija je postala čvrst temelj u medicini, sociologiji i ekologiji. Važno je da ova znanost, kao i svaka druga, nije statična, već se stalno nadopunjuje novim spoznajama, koje se transformiraju u obliku novih bioloških teorija i zakona.

Uloga biologije u suvremenom društvu, a posebno
ali u medicini neprocjenjivo. Uz njegovu pomoć pronađene su metode liječenja bakterioloških i brzo širećih virusnih bolesti. Svaki put kad razmišljamo o ulozi biologije u modernom društvu, sjetimo se da su upravo zahvaljujući herojstvu medicinskih biologa s planeta Zemlje nestala žarišta strašnih epidemija: kuge, kolere, trbušnog tifusa, antraksa, velikih boginja i drugih ništa manje po život opasne bolesti.

Možemo sa sigurnošću reći, na temelju činjenica, da uloga biologije u suvremenom društvu kontinuirano raste. Suvremeni život nemoguće je zamisliti bez selekcije, genetskih istraživanja, proizvodnje novih prehrambenih proizvoda i ekološki prihvatljivih izvora energije.

Glavna važnost biologije je u tome što ona predstavlja temelj i teorijsku osnovu za mnoge perspektivne znanosti, poput genetičkog inženjerstva i bionike. Ona posjeduje veliko otkriće - dešifriranje ljudskog genoma. Smjer poput biotehnologije također je nastao na temelju znanja spojenih u biologiji. Trenutno, tehnologije ove prirode omogućuju stvaranje sigurnih lijekova za prevenciju i liječenje koji ne štete tijelu. Kao rezultat toga, moguće je povećati ne samo životni vijek, već i njegovu kvalitetu.

Termin "biologija" nastaje od dvije grčke riječi "bios" - život i "logos" - znanje, učenje, znanost. Otuda klasična definicija biologije kao znanosti koja proučava život u svim njegovim pojavnim oblicima.

Biologija istražuje raznolikost postojećih i izumrlih živih bića, njihovu građu, funkcije, podrijetlo, evoluciju, rasprostranjenost i individualni razvoj, međusobne veze, međuzajednice i s neživom prirodom.

Biologija ispituje opće i posebne obrasce svojstvene životu u svim njegovim manifestacijama i svojstvima: metabolizam, reprodukcija, nasljeđe, varijabilnost, prilagodljivost, rast, razvoj, razdražljivost, pokretljivost itd.

Metode istraživanja u biologiji

1. Promatranje- najjednostavnija i najpristupačnija metoda. Na primjer, možete promatrati sezonske promjene u prirodi, u životu biljaka i životinja, ponašanju životinja itd.
2. Opis biološki objekti (usmeni ili pismeni opis).
3. Usporedba– pronalaženje sličnosti i razlika između organizama koji se koriste u taksonomiji.
4. Eksperimentalna metoda(u laboratorijskim ili prirodnim uvjetima) – biološka istraživanja različitim instrumentima i metodama fizike i kemije.
5. Mikroskopija– proučavanje građe stanica i staničnih struktura svjetlosnim i elektronskim mikroskopom. Svjetlosni mikroskopi omogućuju vam da vidite oblike i veličine stanica i pojedinačnih organela. Elektronička – male strukture pojedinih organela.
6. Biokemijska metoda- proučavanje kemijskog sastava stanica i tkiva živih organizama.
7. Citogenetski– metoda proučavanja kromosoma pod mikroskopom. Možete otkriti genomske mutacije (na primjer, Downov sindrom), kromosomske mutacije (promjene u obliku i veličini kromosoma).
8. Ultracentrifugiranje- izdvajanje pojedinih staničnih struktura (organela) i njihovo daljnje proučavanje.
9. Povijesna metoda– usporedba dobivenih činjenica s prethodno dobivenim rezultatima.
10. Modeliranje– stvaranje različitih modela procesa, struktura, ekosustava i sl. kako bi se predvidjele promjene.
11. Hibridološka metoda– metoda križanja, glavna metoda proučavanja obrazaca nasljeđivanja.
12. Genealoška metoda– metoda sastavljanja rodovnika, kojom se utvrđuje tip nasljeđivanja svojstva.
13. Metoda blizanaca– metoda koja vam omogućuje određivanje udjela utjecaja čimbenika okoliša na razvoj svojstava. Odnosi se na jednojajčane blizance.

Povezanost biologije s drugim znanostima.

Raznolikost žive prirode je tolika da se moderna biologija mora prikazati kao skup znanosti. Biologija je temelj takvih znanosti kao što su medicina, ekologija, genetika, selekcija, botanika, zoologija, anatomija, fiziologija, mikrobiologija, embriologija itd. Biologija je, zajedno s drugim znanostima, formirala takve znanosti kao što su biofizika, biokemija, bionika, geobotanika, zoogeografija itd. U vezi s brzim razvojem znanosti i tehnologije, pojavljuju se novi pravci u proučavanju živih organizama, a nove znanosti pojavljuju se vezane uz biologiju. To još jednom dokazuje da je živi svijet višestruk i složen te da je usko povezan s neživom prirodom.

Temeljne biološke znanosti - objekti njihova proučavanja

1. Anatomija je vanjska i unutarnja građa organizama.
2. Fiziologija – životni procesi.
3. Medicina - ljudske bolesti, njihovi uzroci i načini liječenja.
4. Ekologija – odnosi između organizama u prirodi, obrasci procesa u ekosustavima.
5. Genetika – zakoni nasljeđa i varijabilnosti.
6. Citologija je znanost o stanicama (građa, vitalna aktivnost itd.).
7. Biokemija – biokemijski procesi u živim organizmima.
8. Biofizika – fizikalne pojave u živim organizmima.
9. Oplemenjivanje je stvaranje novih i poboljšanje postojećih sorti, pasmina, sojeva.
10. Paleontologija – fosilni ostaci drevnih organizama.
11. Embriologija - razvoj embrija.

Osoba može primijeniti znanje iz područja biologije:

• za prevenciju i liječenje bolesti
• prilikom pružanja prve pomoći žrtve nesreća;
• u biljnoj proizvodnji, stočarstvu
• u ekološkim aktivnostima koje doprinose rješavanju globalnih ekoloških problema (znanja o međusobnim odnosima organizama u prirodi, o čimbenicima koji negativno utječu na stanje okoliša i sl.) BIOLOGIJA KAO ZNANOST

Znakovi i svojstva živih bića:

1. Stanična struktura. Stanica je jedinstvena strukturna i funkcionalna jedinica, kao i jedinica razvoja gotovo svih živih organizama na Zemlji. Virusi su iznimka, ali čak i oni pokazuju živa svojstva samo kada su u stanici. Izvan ćelije ne pokazuju nikakve znakove života.

2. Jedinstvo kemijskog sastava.Živa bića se sastoje od istih kemijskih elemenata kao i neživa bića, ali u živim bićima 90% mase dolazi od četiri elementa: S, O, N, N, koji su uključeni u stvaranje složenih organskih molekula, kao što su proteini, nukleinske kiseline, ugljikohidrati, lipidi.

3. Metabolizam i energija glavna su svojstva živih bića. Provodi se kao rezultat dva međusobno povezana procesa: sinteze organskih tvari u tijelu (zbog vanjskih izvora energije iz svjetlosti i hrane) i procesa razgradnje složenih organskih tvari uz oslobađanje energije, koja se zatim konzumira tijelo. Metabolizam osigurava postojanost kemijskog sastava u uvjetima okoliša koji se neprestano mijenjaju.

4. Otvorenost. Svi živi organizmi su otvoreni sustavi, odnosno sustavi koji su stabilni samo ako kontinuirano dobivaju energiju i materiju iz okoline.

5. Samoreprodukcija (razmnožavanje). Sposobnost samoreprodukcije je najvažnije svojstvo svih živih organizama. Temelji se na informacijama o strukturi i funkcijama bilo kojeg živog organizma, ugrađenim u nukleinske kiseline i osiguravajući specifičnost strukture i vitalne aktivnosti živog organizma.

6. Samoregulacija. Zahvaljujući mehanizmima samoregulacije, održava se relativna postojanost unutarnjeg okruženja tijela, tj. održava se konstantnost kemijskog sastava i intenzitet fizioloških procesa - homeostaza.

7. Razvoj i rast. U procesu individualnog razvoja (ontogeneze) postupno i dosljedno se javljaju individualna svojstva organizma (razvoj) i dolazi do njegova rasta (povećanja). Osim toga, svi živi sustavi evoluiraju – mijenjaju se tijekom povijesnog razvoja (filogeneze).

8. Razdražljivost. Svaki živi organizam sposoban je reagirati na vanjske i unutarnje utjecaje.

9. Nasljedstvo. Svi živi organizmi sposobni su sačuvati i prenijeti osnovne karakteristike potomstvu.

10. Varijabilnost. Svi živi organizmi sposobni su mijenjati se i stjecati nova svojstva.

Osnovne razine organizacije žive prirode

Sva živa priroda skup je bioloških sustava. Važna svojstva živih sustava su višerazinska i hijerarhijska organizacija. Dijelovi bioloških sustava sami su sustavi sastavljeni od međusobno povezanih dijelova. Na svakoj razini, svaki biološki sustav je jedinstven i razlikuje se od drugih sustava.

Znanstvenici su, na temelju karakteristika manifestacije svojstava živih bića, identificirali nekoliko razina organizacije žive prirode:

1. Molekularna razina - predstavljena molekulama organskih tvari (proteini, lipidi, ugljikohidrati itd.) koje se nalaze u stanicama. Na molekularnoj razini mogu se proučavati svojstva i strukture bioloških molekula, njihova uloga u stanici, u životu organizma i tako dalje. Na primjer, udvostručenje molekule DNK, struktura proteina i tako dalje.

2. Stanična razina – predstavljena stanicama. Na staničnoj razini počinju se javljati svojstva i znakovi živih bića. Na staničnoj razini može se proučavati struktura i funkcije stanica i staničnih struktura, procesi koji se u njima odvijaju. Na primjer, kretanje citoplazme, dioba stanica, biosinteza proteina u ribosomima i tako dalje.

3. Razina organ-tkivo – predstavljena tkivima i organima višestaničnih organizama. Na ovoj razini može se proučavati struktura i funkcije tkiva i organa, procesi koji se u njima odvijaju. Na primjer, kontrakcija srca, kretanje vode i soli kroz krvne žile i tako dalje.

4. Razina organizma – predstavljena jednostaničnim i višestaničnim organizmima. Na ovoj razini proučava se organizam kao cjelina: njegova struktura i vitalne funkcije, mehanizmi samoregulacije procesa, prilagodbe životnim uvjetima i tako dalje.

5. Populacijsko-vrstna razina– predstavljena populacijama koje se sastoje od jedinki iste vrste koje dugo žive zajedno na određenom teritoriju. Život jedne jedinke je genetski određen, a pod povoljnim uvjetima populacija može postojati neograničeno dugo. Budući da na ovoj razini počinju djelovati pokretačke snage evolucije - borba za opstanak, prirodna selekcija itd. Na razini populacije-vrste proučavaju dinamiku broja jedinki, dobno-spolni sastav populacije, evolucijski promjene u populaciji i tako dalje.

6. Razina ekosustava– predstavljena populacijama različitih vrsta koje žive zajedno na određenom teritoriju. Na ovoj razini proučavaju se odnosi između organizama i okoliša, uvjeti koji određuju produktivnost i održivost ekosustava, promjene u ekosustavima i tako dalje.

7. Razina biosfere– najviši oblik organizacije žive tvari, koji ujedinjuje sve ekosustave planeta. Na ovoj razini proučavaju se procesi na razini cijelog planeta - ciklusi tvari i energije u prirodi, globalni ekološki problemi, promjene u Zemljinoj klimi itd. Trenutno se proučava utjecaj čovjeka na stanje biosfere kako bi se sprječavanje globalne ekološke krize od iznimne je važnosti.

Dostignuća biologije

Najvažniji događaji u području biologije koji su utjecali na cjelokupni tijek njezina daljnjeg razvoja su:

Utvrđivanje molekularne strukture DNA i njezine uloge u prijenosu informacija u živoj tvari (F. Crick, J. Watson, M. Wilkins);

Dekodiranje genetskog koda (R. Holley, H.-G. Korana, M. Nirenberg);

Otkriće strukture gena i genetske regulacije sinteze proteina (A. M. Lvov, F. Jacob, J.-L. Monod i dr.);

Oblikovanje stanične teorije (M. Schleiden, T. Schwann, R. Virchow, K. Baer);

Proučavanje obrazaca nasljednosti i varijabilnosti (G. Mendel, G. de Vries, T. Morgan i dr.);

Oblikovanje načela moderne sistematike (C. Linnaeus), evolucijske teorije (C. Darwin) i doktrine biosfere (V.I. Vernadsky).

"Kravlje ludilo" (prioni).

Rad na programu "Ljudski genom", koji se istovremeno provodio u nekoliko zemalja i završio početkom ovog stoljeća, doveo nas je do spoznaje da čovjek ima samo oko 25-30 tisuća gena, ali informacije iz većine naših DNK se nikada ne čita, jer sadrži ogroman broj regija i gena koji kodiraju osobine koje su izgubile značaj za ljude (rep, dlake na tijelu itd.). Osim toga, dešifrirani su i brojni geni odgovorni za razvoj nasljednih bolesti, kao i ciljani geni za lijekove. No, praktična primjena rezultata dobivenih tijekom provedbe ovog programa odgađa se dok se ne dešifriraju genomi značajnog broja ljudi, a tada će se pokazati u čemu su njihove razlike. Ti su ciljevi postavljeni za brojne vodeće laboratorije diljem svijeta koji rade na implementaciji ENCODE programa.

Najveće značenje među dostignućima biologije ima činjenica da čak čine osnovu za izgradnju neuronskih mreža i genetskog koda u računalnoj tehnologiji, a također se široko koriste u arhitekturi i drugim industrijama. Bez sumnje, 21. stoljeće je stoljeće biologije.
Kao i svaka druga znanost, biologija ima svoj arsenal metoda. Uz znanstvenu metodu spoznaje koja se koristi u drugim područjima, u biologiji se široko koriste metode poput povijesne, poredbeno-deskriptivne itd.

Uloga biologije u oblikovanju suvremene prirodoslovne slike svijeta

U fazi svog nastanka biologija još nije postojala odvojeno od ostalih prirodnih znanosti i bila je ograničena samo na promatranje, proučavanje, opisivanje i klasifikaciju predstavnika životinjskog i biljnog svijeta, odnosno bila je deskriptivna znanost. Međutim, to nije spriječilo drevne prirodoslovce Hipokrata (oko 460.-377. pr. Kr.), Aristotela (384.-322. pr. Kr.) i Teofrasta (pravim imenom Tirtham, 372.-287. pr. Kr.) da daju značajan doprinos razvoju ideje o građi ljudskog tijela i životinja, kao io biološkoj raznolikosti životinja i biljaka, čime su postavljeni temelji anatomije i fiziologije čovjeka, zoologije i botanike.

Produbljivanje znanja o živoj prirodi i sistematizacija prethodno prikupljenih činjenica, koje se dogodilo u 16.-18. stoljeću, kulminiralo je uvođenjem binarne nomenklature i stvaranjem skladne taksonomije biljaka (C. Linnaeus) i životinja (J. -B. Lamarck).

Opis značajnog broja vrsta sličnih morfoloških karakteristika, kao i paleontološki nalazi, postali su preduvjeti za razvoj ideja o podrijetlu vrsta i putovima povijesnog razvoja organskog svijeta. Tako su pokusi F. Redija, L. Spallanzanija i L. Pasteura u 17.-19. stoljeću opovrgli hipotezu o spontanom naraštaju, koju je iznio Aristotel i koja je prevladavala u srednjem vijeku, te teoriju biokemijske evolucije A. I. Oparina i J. Haldane, briljantno potvrđen od S. Millera i G. Yurija, omogućio nam je odgovoriti na pitanje o podrijetlu svih živih bića.

Ako sam proces nastanka živih bića iz neživih komponenti i njegova evolucija u sebi više ne izazivaju sumnje, onda mehanizmi, putovi i pravci povijesnog razvoja organskog svijeta još uvijek nisu u potpunosti shvaćeni, budući da ni dvije glavne konkurentske teorije evolucije (sintetička teorija evolucije, nastala na temelju teorije Charlesa Darwina i teorija J.-B. Lamarcka) još uvijek ne mogu pružiti sveobuhvatne dokaze.

Primjena mikroskopije i drugih metoda srodnih znanosti, zahvaljujući napretku u području drugih prirodnih znanosti, kao i uvođenje eksperimentalne prakse, omogućila je njemačkim znanstvenicima T. Schwannu i M. Schleidenu da još u 1941. formuliraju staničnu teoriju. 19. st., kasnije dopunjen od R. Virchowa i K. Baera. Postala je to najvažnija generalizacija u biologiji, koja je činila kamen temeljac modernih ideja o jedinstvu organskog svijeta.

Otkriće obrazaca prijenosa nasljednih informacija od strane češkog redovnika G. Mendela poslužilo je kao poticaj za daljnji brzi razvoj biologije u 20.-21. stoljeću i dovelo je ne samo do otkrića univerzalnog nositelja nasljednosti - DNK, već također i genetski kod, kao i temeljne mehanizme kontrole, čitanja i varijabilnosti nasljednih informacija.

Razvoj ideja o okolišu doveo je do pojave takve znanosti kao što je ekologija i formulacije doktrine biosfere kao složenog višekomponentnog planetarnog sustava međusobno povezanih ogromnih bioloških kompleksa, kao i kemijskih i geoloških procesa koji se odvijaju na Zemlje (V.I. Vernadsky), što u konačnici omogućuje, barem u maloj mjeri, smanjenje negativnih posljedica ljudske gospodarske aktivnosti.
Tako je biologija odigrala važnu ulogu u formiranju moderne prirodoslovne slike svijeta.

ZNANSTVENICI – BIOLOZI

W. Harvey otkrio mehanizam cirkulacije krvi; izradio mikroskop i postavio temelje moderne anatomije i fiziologije;

R.Hook opisao staničnu građu čepa (biljke); skovao pojam “stanica”;

A. Levenguk promatrati pod mikroskopom (povećanje 300 puta) protozoe, bakterije, spermije;

K. Baer promatrao jajnu stanicu sisavaca;

R.Brown otkrio staničnu jezgru;

K. Linnaeus izradio sustav klasifikacije biljaka i životinja;

T. Schwann, M. Schleiden neovisno formulirao staničnu teoriju,

R. Virchow stvorio doktrinu stanične patologije, uveo postulat: “svaka je stanica iz stanice”;

C. Darwin stvorio evolucijsku teoriju;

G. Mendel otkrio zakon nasljeđivanja svojstava, što je pridonijelo rađanju genetike kao znanosti;

L. Pasteur otkrio princip cjepiva, postavio temelje mikrobiologije i imunologije;

Charles Darwin stvorio holističku teoriju evolucije putem prirodne selekcije.

I. Mečnikov formulirao teoriju fagocita,

I. Pavlov – učenje o refleksu

A. Humboldt proučavao međudjelovanje organizama s okolišem i njegovu ovisnost o geografiji

K. Landsteiner otkrio ljudske krvne grupe

Gregor Mendel , zakoni genetike

J. Watsona i F. Cricka dešifrirane strukture DNK

V.I.Vernadskog o vezama živih organizama i nežive prirode (nauk o biosferi).

METODE BIOLOŠKIH ZNANOSTI

Najčešće metode proučavanja biologije su:

promatranje (omogućuje vam opisivanje bioloških pojava),

usporedba (omogućuje pronalaženje općih obrazaca u strukturi i funkcioniranju različitih organizama),

eksperiment, ili iskustvo, modeliranje (pomaže u proučavanju svojstava bioloških objekata u kontroliranim uvjetima; simuliraju se mnogi procesi koji su nedostupni izravnom promatranju ili eksperimentalnoj reprodukciji),

povijesna metoda (omogućuje, na temelju podataka o suvremenom organskom svijetu i njegovoj prošlosti, razumijevanje procesa razvoja žive prirode)

Znanstvena metoda je skup osnovnih metoda za stjecanje novih spoznaja i metoda za rješavanje problema u okviru bilo koje znanosti.

Znanstvena metoda uključuje određeni sustavni pristup:

Promatranje činjenica i njihovo mjerenje, tj. opis promatranja – kvantitativni i/ili kvalitativni.

Znanstvena metoda spoznaje uključuje promatranje, postavljanje hipoteza, eksperiment, modeliranje, analizu rezultata i izvođenje općih obrazaca (slika 1.).

Riža. 1. Shematski prikaz metode znanstvenog istraživanja

Promatranje

Promatranje - ovo je svrhovito opažanje predmeta i pojava pomoću osjetila ili instrumenata, određeno zadatkom aktivnosti.

Glavni uvjet za znanstveno promatranje je njegova objektivnost, odnosno mogućnost provjere podataka dobivenih ponovljenim promatranjem ili korištenjem drugih istraživačkih metoda, poput eksperimenta. Činjenice dobivene kao rezultat promatranja nazivaju se podacima. Mogu biti kvalitativni (opisuju miris, okus, boju, oblik itd.) ili kvantitativni, a kvantitativni podaci su točniji od kvalitativnih.

Analiza dobivenih rezultata - sistematizacija, utvrđivanje glavnog i sporednog.

Generalizacija - formuliranje hipoteza, a zatim - teorija.

Prognoza: formuliranje posljedica iz predložene hipoteze ili prihvaćene teorije korištenjem dedukcije, indukcije ili drugih logičkih metoda.

Provjera predviđenih posljedica kroz eksperiment.

Obratite pozornost na 5. točku. Bez toga se pristup ne može smatrati znanstvenim!

Važno je razumjeti razliku između koncepata hipoteze i teorije.

Na temelju podataka promatranja formulira sehipoteza - presumptivni sud o prirodnoj povezanosti pojava. Hipoteza se testira nizom eksperimenata. Eksperiment je znanstveno proveden eksperiment, promatranje fenomena koji se proučava pod kontroliranim uvjetima koji omogućuje identificiranje karakteristika danog predmeta ili pojave. Najviši oblik eksperimenta je modeliranje - proučavanje bilo koje pojave, procesa ili sustava objekata konstruiranjem i proučavanjem njihovih modela.Hipoteza je izjava, pretpostavka koja još nije dokazana.

Eksperimentalni i simulacijski rezultati podliježu pažljivoj analizi. Analiza je metoda znanstvenog istraživanja rastavljanjem objekta na njegove sastavne dijelove ili mentalnim rastavljanjem objekta putem logičke apstrakcije.

Kadadokazati hipotezu , ona postajeteorija , teorem ili činjenica . Opovrgnuta hipoteza ide u kategorijulažne izjave . Hipoteza koja još nije dokazana , ali ne i opovrgnut, zove seotvoreni problem .

Teorija - sustav znanja izgrađen na znanstveno dokazanoj hipotezi.

Teorija se shvaća kao oblik znanstvenog znanja koji daje holističku predodžbu o obrascima i bitnim vezama stvarnosti.

Opći smjer znanstvenog istraživanja je postizanje viših razina predvidljivosti. Ako teoriju ne mogu promijeniti nikakve činjenice, a odstupanja od nje su pravilna i predvidljiva, onda se ona može uzdići u rang zakona - nužnog, bitnog, postojanog, ponavljajućeg odnosa među pojavama u prirodi.

Kako se skup znanja povećava i metode istraživanja poboljšavaju, hipoteze, pa čak i dobro utemeljene teorije mogu se osporavati, modificirati, pa čak i odbaciti, budući da je znanstveno znanje samo po sebi dinamično po prirodi i stalno podložno kritičkom reinterpretiranju.

Biološki eksperiment

Kvalitativni eksperiment - najjednostavnija vrsta biološkog pokusa - cilj mu je utvrditi prisutnost ili odsutnost pojave pretpostavljene u teoriji.

Mjerni eksperiment - identifikacija neke kvantitativne karakteristike predmeta ili procesa.

Uređaj svjetlosnog mikroskopa. Svjetlosni mikroskop sastoji se od optičkog i mehaničkog dijela. Optički dijelovi sudjeluju u konstruiranju slike, a mehanički dijelovi služe za lakše korištenje optičkih dijelova.
Ukupno povećanje mikroskopa određuje se formulom:
Povećanje objektiva x povećanje okulara = povećanje mikroskopa.
Na primjer, ako leća povećava predmet 8 puta, a okular 7 puta, tada je ukupno povećanje mikroskopa 56.

Promatranje, opisivanje i mjerenje bioloških objekata

Statistička mjerenja - mjerenja veličina koje se ne mijenjaju tijekom vremena.

Dinamička mjerenja - mjerenja veličina koje mijenjaju svoju vrijednost tijekom vremena (tlak, temperatura, gustoća naseljenosti itd.)

Istraživačke metode u znanosti vrlo su raznolike, ali se sve temelje na znanstvenim metodama spoznaje koje se razlikuju po određenom pristupu.

Poznavanje ovih informacija pomaže u odvajanju stvarnih znanstvenih istraživanja od raznih raširenih pseudoznanstvenih eksperimenata.

Povijesna metoda

Povijesna metoda otkriva obrasce pojave i razvoja organizama, formiranje njihove strukture i funkcije. U nizu slučajeva, uz pomoć ove metode, hipoteze i teorije koje su prije smatrane lažnima dobivaju novi život.
Komparativno-deskriptivna metoda uključuje provođenje anatomske i morfološke analize predmeta proučavanja. Na njemu se temelji klasifikacija organizama, identificirajući obrasce nastanka i razvoja različitih oblika života.

Monitoring je sustav mjera za promatranje, ocjenjivanje i predviđanje promjena u stanju objekta koji se proučava, posebno biosfere.
Provođenje promatranja i eksperimenata često zahtijeva korištenje posebne opreme, kao što su mikroskopi, centrifuge, spektrofotometri itd.

Mikroskopija se široko koristi u zoologiji, botanici, anatomiji čovjeka, histologiji, citologiji, genetici, embriologiji, paleontologiji, ekologiji i drugim granama biologije. Omogućuje vam proučavanje fine strukture objekata pomoću svjetlosnih, elektronskih, rendgenskih i drugih vrsta mikroskopa.

Diferencijalno centrifugiranje ili frakcioniranje omogućuje razdvajanje čestica prema veličini i gustoći pod utjecajem centrifugalne sile, koja se aktivno koristi u proučavanju strukture bioloških molekula i stanica.
Arsenal bioloških metoda stalno se ažurira i trenutno ga je gotovo nemoguće u potpunosti pokriti. Stoga će u nastavku biti riječi o nekim metodama koje se koriste u pojedinim biološkim znanostima.

Ulaznica 1 1.Biologija kao znanost, njezina postignuća, veze s drugim znanostima. Metode proučavanja živih bića. Uloga biologije u ljudskom životu i praktičnim aktivnostima. 2. Biljno carstvo, njegove razlike od ostalih carstava žive prirode. Objasnite koja skupina biljaka trenutno zauzima dominantan položaj na Zemlji. Pronađite predstavnike ove skupine među živim biljkama ili uzorcima herbarija. 3. Koristeći spoznaje o metabolizmu i pretvorbi energije u ljudskom tijelu, dati znanstveno objašnjenje utjecaja tjelesne neaktivnosti, stresa, loših navika i prejedanja na metabolizam.

1. Biologija (od grč. bios život, logos znanost) znanost o životu. Proučava žive organizme, njihovu građu, razvoj i podrijetlo, odnose s okolinom i drugim živim organizmima. 2. Biologija - skup znanosti o životu, o živoj prirodi (vidi tablicu “Sustav bioloških znanosti”). I. Biologija kao znanost, njezina postignuća u vezi s drugim znanostima. Metode proučavanja živih bića. Uloga biologije u ljudskom životu i praktičnim aktivnostima.

3. Osnovne metode u biologiji 1.promatranje (omogućuje opisivanje bioloških pojava), 2.usporedba (omogućuje pronalaženje općih obrazaca u građi i životu raznih organizama), 3.pokus ili iskustvo (pomaže istraživaču u proučavanju svojstva bioloških objekata), 4.modeliranje (simuliraju se procesi koji su nedostupni promatranju ili eksperimentalnoj reprodukciji), 5. povijesna metoda (na temelju podataka o suvremenom organskom svijetu i njegovoj prošlosti uče se procesi razvoja žive prirode) .

4. Postignuća biologije: 1). Opis velikog broja vrsta živih organizama koji postoje na Zemlji; 2). Stvaranje stanične, evolucijske, kromosomske teorije; 3). Otkriće molekularne strukture strukturnih jedinica nasljeđa (gena) poslužilo je kao osnova za stvaranje genetskog inženjeringa. 4). Praktična primjena dostignuća suvremene biologije omogućuje dobivanje industrijski značajnih količina biološki aktivnih tvari.

6). Zahvaljujući poznavanju zakona nasljeđa i varijabilnosti, u poljoprivredi su postignuti veliki uspjesi u stvaranju novih visokoproduktivnih pasmina domaćih životinja i sorti kulturnog bilja. 5). Na temelju proučavanja međusobnih odnosa organizama stvorene su biološke metode suzbijanja štetnika usjeva.

7).Velika važnost u biologiji pridaje se rasvjetljavanju mehanizama biosinteze proteina i tajni fotosinteze, što će otvoriti put dobivanju organskih hranjivih tvari. Osim toga, uporaba u industriji (u građevinarstvu, pri stvaranju novih strojeva i mehanizama) načela organizacije živih bića (bionika) donosi danas i dat će u budućnosti značajan ekonomski učinak. Saćasti dizajn predstavlja osnovu za proizvodnju "saćastih ploča" za gradnju

U takvoj situaciji jedina osnova za povećanje prehrambenih resursa može biti intenziviranje poljoprivrede. Važnu ulogu u tom procesu imat će razvoj novih visokoproduktivnih oblika mikroorganizama, biljaka i životinja te racionalno, znanstveno utemeljeno korištenje prirodnih resursa.

1. Biljke su autotrofi i sposobne su za fotosintezu; 2. Prisutnost plastida s pigmentima u stanicama; 3. Stanice su okružene celuloznom stijenkom; 4.Prisutnost vakuola sa staničnim sokom u stanicama; 5. Neograničen rast; 6. Postoje biljni hormoni – fitohormoni; 7. Osmotski tip prehrane (prijem hranjivih tvari u obliku vodenih otopina koje ulaze kroz staničnu membranu).

Kritosjemenjače ili cvjetnice najveći su odjel modernih viših biljaka koji broji oko 250 tisuća vrsta. Rastu u svim klimatskim zonama i dio su svih biogeocenoza svijeta. To ukazuje na njihovu visoku prilagodljivost modernim uvjetima postojanja na Zemlji.

Prilagodbe kod angiospermi (cvjetnica) koje su im omogućile da zauzmu dominantan položaj na Zemlji: I. Najveću složenost i raznolikost postižu vegetativni organi cvjetnica. II. Cvjetnice imaju napredniji vodljivi sustav, koji osigurava bolju opskrbu biljke vodom. III. Po prvi put cvjetnice imaju novi organ – cvijet. Jajne stanice su zatvorene u zatvorenoj šupljini jajnika, koju čine jedan ili više sraslih karpela. Sjemenke su zatvorene u plodu. Pojavila se dvostruka oplodnja, što ih oštro razlikuje od svih ostalih skupina biljnog svijeta. IV. Najvažnije transformacije dogodile su se u vodljivom sustavu. Umjesto traheida, žile postaju glavni provodni elementi ksilema, što značajno ubrzava kretanje uzlazne struje. Tako su kritosjemenjače dobile dodatne prilike u natjecanju i u konačnici postale “pobjednici” u borbi za opstanak.

III. Koristeći spoznaje o metabolizmu i pretvorbi energije u ljudskom tijelu, znanstveno objasniti utjecaj tjelesne neaktivnosti, stresa, loših navika i prejedanja na metabolizam. Tijelo prima mnoge tvari izvana, prerađuje ih, dobivajući energiju ili one molekule koje su tijelu potrebne za izgradnju vlastitih tkiva. Nastali metabolički produkti se izlučuju iz tijela. Ukupnost svih reakcija disimilacije (razgradnja tvari uz oslobađanje energije) i asimilacije (sinteza tvari potrebnih tijelu) naziva se metabolizam. U zdravom tijelu asimilacija i disimilacija su strogo uravnotežene. Sve metaboličke reakcije reguliraju živčani i endokrini sustav. Metabolički poremećaji u pozadini su mnogih ljudskih bolesti.

1. Tjelesna neaktivnost - smanjena tjelesna aktivnost, nedostatak tjelesne aktivnosti - dovodi do smanjenja performansi mišića, kardiovaskularnog sustava i kao posljedica toga metaboličkih poremećaja i pogoršanja stanja cijelog organizma u cjelini. Hranjive tvari neutrošene tjelesnom aktivnošću se pohranjuju, što često dovodi do pretilosti. Tome pridonosi i prejedanje (2).

3. Stres je zaštitna reakcija tijela koja mu omogućuje da preživi u vrijeme opasnosti. Stres mobilizira tjelesne sposobnosti, popraćen je lučenjem hormona, pojačava intenzitet kardiovaskularne aktivnosti itd. Međutim, jak i osobito dugotrajan stres može dovesti do iscrpljivanja ljudske snage i metaboličkih poremećaja.

4. Konstantna konzumacija alkoholnih pića vrlo snažno negativno utječe na metabolizam. Kod alkoholičara oksidirajući etilni alkohol daje tijelu određenu količinu energije, ali također proizvodi vrlo otrovne tvari koje ubijaju stanice jetre i mozga. Postupno se apetit alkoholičara smanjuje, prestaju jesti normalne količine bjelančevina, masti i ugljikohidrata, zamjenjujući ih alkoholnim pićima, što dovodi do uništenja tijela. Kronični alkoholičari uvijek imaju oštećenu jetru, gube na težini, dolazi do postupnog razaranja mišića.

5. Pušenje također snažno negativno utječe na metabolizam, jer uništava pluća i onemogućuje tijelu da primi potrebnu količinu kisika. Osim toga, pušenje uvelike povećava vjerojatnost razvoja raka pluća.

6. Narkotičke tvari, koje sudjeluju u metabolizmu, stvaraju ovisnost, nakon čega je prestanak uzimanja nikotina, alkohola itd. popraćen simptomima ustezanja - naglim pogoršanjem dobrobiti. Tako se javlja fiziološka i psihička ovisnost o drogama.