Анатомия
изучает внутреннее строение организмов.
Морфология
изучает внешнее строение организмов.
Физиология
изучает работу организма.
Биохимия изучает химический состав живых организмов и химические реакции обмена веществ.
- Хроматография – метод разделения смесей веществ на отдельные вещества.
Генетика изучает закономерности наследственности и изменчивости.
- метод: изучение однояйцевых близнецов.
- метод изучает родословные.
- метод: скрещивание организмов и анализ потомства.
- метод: изучение количества и строения хромосом.
Селекция занимается выведением новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов.
Микробиология изучает микроорганизмы (бактерии и грибы).
Биотехнология использует биологические системы и процессы в сельском хозяйстве и промышленности.
- Генная инженерия: пересадка гена в организм другого вида, например, пересадка человеческого гена в бактерию.
- Клеточная инженерия:
- пересадкой клеточных ядер;
- выращивание нового организма из яйцеклетки с замененным ядром (клонирование животных);
- выращивание целого организма из одной или нескольких соматических клеток;
- выращивание тканей и органов «в пробирке» (культура клеток и тканей);
- объединение клеток организмов разных видов (получение гибридных клеток).
Цитология (молекулярная биология) изучает строение и работу органоидов клетки.
- Микроскопирование: разглядывание клетки в микроскоп.
- Центрифугирование : разделение клетки на фракции по плотности.
Гистология изучает ткани.
Систематика (классификация, таксономия) изучает многообразие живых организмов и распределяет их по группам на основании эволюционного родства.
Эволюционная теория изучает закономерности возникновения приспособлений организмов к среде обитания.
Палеонтология изучает ископаемые остатки организмов.
Экология изучает взаимодействия живых организмов между собой и с окружающей их средой (в том числе загрязнённой).
Эмбриология изучает развитие организма животного от момента образования зиготы до рождения (начальные стадии онтогенеза).
Этология изучает поведение животных.
Общенаучные методы
- эмпирические (практические)
- наблюдение
- мониторинг (непрерывное наблюдение и фиксация результатов)
- описание, измерение
- эксперимент
- теоретические
- сравнение, классификация
- анализ, синтез
- абстрагирование, обобщение
- моделирование
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. К эмпирическим методам изучения живой природы относят:
1) наблюдение
2) сравнение
3) абстрагирование
4) моделирование
5) эксперимент
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. Выращивание тканей вне организма - пример метода
1) культуры клеток
2) микроскопирования
3) центрифугирования
4) генной инженерии
Ответ
Прочитайте текст. Выберите три предложения, в которых даны описания особенностей анатомии древних людей неандертальцев. Запишите цифры, под которыми указаны выбранные утверждения.
(1) Неандертальцы жили 150тыс. лет назад, останки найдены в Германии в 1856 году. (2) Жили группами по 50-100 человек в пещерах, которые отвоевывали у медведей, львов, гиен. (3) Рост 155-160 см, объем мозга 1200 – 1400 см3, извилин мало. (4) Лицо широкое, скуластое. (5) Охотились коллективно, устраивая облавы на северных оленей, лошадей, слонов, медведей, зубров, шерстистых носорогов. (6) Ходили согнувшись, позвоночник без изгибов, мускулатура развита хорошо.
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. Влияние условий среды обитания на формирование признаков организма изучает наука
1) систематика
2) генетика
3) селекция
4) анатомия
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Гибридологический метод исследования используют.
1) эмбриологи
2) селекционеры
3) генетики
4) экологи
5) биохимики
Ответ
1. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие методы исследования используют в цитологии?
1) центрифугирование
2) культура ткани
3) хроматография
4) генеалогический
5) гибридологический
Ответ
2. Выберите два верных ответа из пяти. Какие методы используют для изучения строения и функций клетки?
1) генная инженерия
2) микроскопирование
3) цитогенетический анализ
4) гибридизация
5) центрифугирование
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Изучение биологических объектов, процессов в различных специально созданных условиях осуществляют с помощью методов:
1) абстрагирования
2) клонирования
3) моделирования
4) обобщения
5) эксперимента
Ответ
1. Установите соответствие между достижениями и направлением биологии: 1) клеточная инженерия, 2) генная инженерия. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) Клонирование
Б) Получение вакцин в культуре клеток
В) Отдаленная гибридизация растений
Г) Трансгенные организмы
Д) Создание банков генов
Е) Получение безвирусного посадочного материала
Ответ
2. Установите соответствие между характеристиками и методами биотехнологии: 1) генная инженерия, 2) клеточная инженерия. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) использование рекомбинантных плазмид
Б) гибридизация протопластов
В) трансплантация ядер
Г) выращивание культуры клеток
Д) соматическая гибридизация
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Процессы деления клеток изучают с помощью методов
1) дифференциального центрифугирования
2) культуры клеток
3) микроскопии
4) микрохирургии
5) фото- и киносъемки
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. В клеточной инженерии используют следующие методы:
1) клонирование
2) культура клеток и тканей
3) микробиологический синтез
4) пересадка природных генов в ДНК бактерий или грибов
5) центрифугирование
Ответ
Выберите два верных ответа. Микробиологическое производство как область биотехнологии занимается
1) созданием генетически модифицированных растений
2) изучением клеток бактерий
3) получением антибиотиков и витаминов
4) систематикой вирусов
5) синтезом кормового белка
Ответ
1. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Генная инженерия, в отличие от клеточной, включает исследования, связанные с
1) культивированием клеток высших организмов
2) гибридизацией соматических клеток
3) пересадкой генов
4) пересадкой ядра из одной клетки в другую
5) получение рекомбинантных (модифицированных) молекул РНК и ДНК
Ответ
2. Выберите два верных ответа. Какие приёмы используют в клеточной инженерии?
1) слияние соматических клеток
2) скрещивание организмов
3) пересадка хлоропластов из клетки в клетку
4) синтез гена инсулина в пробирке
5) получение рекомбинантной ДНК
Ответ
1. Выберите два верных ответа. Методы биотехнологии позволяют
1) изучить превращение веществ в процессе жизнедеятельности организмов
2) получить растения с генетически изменёнными признаками
3) обнаружить изменения, возникшие в организме в результате онтогенеза
4) изучить микроскопические структуры клеток
5) изменить наследственность микроорганизмов путём клеточной инженерии
Ответ
2. Ниже приведен перечень методов исследования. Все они, кроме двух, используются в биотехнологии. Найдите два метода, «выпадающих» из общего ряда, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) метод рекомбинантных плазмид
2) соматическая гибридизация
4) межвидовая гибридизация растений
5) испытание производителя по потомству
Ответ
3. Все приведённые ниже характеристики, кроме двух, используют для описания методов биотехнологии. Определите две характеристики, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) эксперименты с изолированными клетками
2) перенос генов от одного организма к другому
3) выращивание клеток и тканей на питательных средах
4) получение гетерозисных растений
5) испытание производителя по потомству
Ответ
4. Выберите два верных результата из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Вклад биотехнологии в медицину состоит в
1) использовании химического синтеза для получения лекарственных препаратов
2) создании лечебных сывороток на основе плазмы крови иммунизированных животных
3) синтезе гормонов человека в бактериальных клетках
4) изучении родословных человека для выявления наследственных заболеваний
5) культивировании штаммов бактерий и грибков для производства антибиотиков в промышленных масштабах
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. С открытием мейоза «гипотеза чистоты гамет» получила подтверждение
1) цитологическое
2) эмбриологическое
3) гистологическое
4) генетическое
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. Какой метод позволил получить гибрид табака и картофеля?
1) искусственный мутагенез
2) гетерозис у гибридов
3) гибридизация соматических клеток
4) массовый отбор потомства
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Организменный уровень организации живого изучают
1) биохимия
2) гистология
3) морфология
4) физиология
5) цитология
Ответ
Какие науки изучают живые системы на организменном уровне? Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) анатомия
2) биоценология
3) физиология
4) молекулярная биология
5) эволюционное учение
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие биологические науки работают с объектами, относящимися к организменному уровню организации жизни?
1) генетика
2) биохимия
3) биология
4) цитология
5) анатомия
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие биологические науки изучают надорганизменные уровни организации жизни?
1) молекулярная биология
2) экология
3) биоценология
4) цитология
5) гистология
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие биологические науки работают с объектами, oтносящимися к клеточному уровню организации жизни?
1) цитология
2) палеонтология
3) эмбриология
4) генетика
5) микробиология
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие биологические науки работают с объектами, относящимися к популяционно-видовому уровню организации жизни?
1) генетика
2) экология
3) эмбриология
4) эволюционное учение
5) анатомия
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. Объекты изучения каких из приведённых наук находятся на надорганизменном уровне организации живого.
1) молекулярная биология
2) экология
3) эмбриология
4) систематика
5) анатомия
Ответ
1. Какие примеры относят к биологическому эксперименту? Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) рассматривание под микроскопом клетки крови лягушки
2) слежение за миграцией косяка трески
3) изучение характера пульса после разных физических нагрузок
4) лабораторное исследование влияния гиподинамии на состояние здоровья
5) описание внешних признаков бобовых растений
Ответ
2. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Что из нижеперечисленного можно установить экспериментальным методом?
1) сроки весенней линьки у белки
2) влияние удобрений на рост комнатного растения
3) сроки прилета или отлета перелетных птиц
4) высоту комнатного растения
5) условия прорастания семян
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. В каких из указанных научных исследований применялся экспериментальный метод?
1) исследование растительного мира тундры
2) опровержение теории самозарождения Л. Пастером
3) создание клеточной теории
4) создание модели молекулы ДНК
5) исследование процессов фотосинтеза
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. Какие методы исследования позволили установить структуру молекулы ДНК?
1) микроскопия
2) наблюдение
3) рентгенологический
4) цитогенетический
5) моделирование
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. Для определения количества эритроцитов в крови человека используют методы
1) гибридизации
2) измерения
3) эксперимента
4) клонирования
5) микроскопирования
Ответ
Установите последовательность этапов размножения растений с помощью культуры ткани. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) деление выделенных клеток и получение клеточной массы
2) отделение клеток образовательной ткани растения и помещение их в питательную среду
3) пересадка молодого растения в грунт
4) дифференцировка тканей и органов
5) обработка клеточной массы фитогормонами для дифференцировки клеток
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Примеры каких научных методов иллюстрирует сюжет картины голландского художника Я. Стена «Пульс»?
Определение 1
Биология - это естественная наука, которая включает изучение жизни и живых организмов, включая их физическую и химическую структуру, функцию, развитие и эволюцию.
Современная биология - это обширная область, состоящая из многих отраслей. Несмотря на широкий охват и сложность науки, существуют определенные объединяющие концепции, которые объединяют ее в единую, согласованную область. В целом, биология распознает клетку как основную единицу жизни, гены как основную единицу наследственности и эволюцию как двигатель, который продвигает создание новых видов. Также понятно, что все организмы выживают, потребляя и трансформируя энергию и регулируя их внутреннюю среду.
Субдисциплины биологии
Субдисциплины биологии определяются масштабом изучения жизни, изучаемыми организмами и методами их изучения. Выделяют такие основные субдисциплины биологии:
- Молекулярная биология - изучение к молекулярной основы биологической активности между биомолекулами в различных системах клетки, включая взаимодействие между ДНК, РНК и белками и их биосинтезом, а также регулирование этих взаимодействий.
- Цитология (клеточная биология) - наука, изучающая живые клетки, их составные части - органеллы, а также вопросы их строения, функционирования, размножения, старения и смерти.
- Генетика - наука, о закономерностях наследственности и изменчивости.
- Анатомия - это учение об макроскопических формах, таких как структурные органы и систем органов.
Замечание 1
Некоторые биологические науки возникли в результате процесса дифференциации, постепенного отделения, что способствовало углублению исследований в соответствующих направлениях.
Молекулярная биология
Замечание 2
Молекулярная биология - это изучение биологии на молекулярном уровне. Это поле перекрывается с другими областями биологии, особенно с генетикой и биохимией. Молекулярная биология - это исследование взаимодействий различных систем внутри клетки, включая взаимосвязь синтеза ДНК, РНК и белка и то, как эти взаимодействия регулируются.
Большая часть молекулярной биологии является количественной, и в последнее время большая часть этой науки была с математикой и информатикой - в области биоинформатики и вычислительной биологии. В начале 2000-х годов изучение структуры и функции генов, молекулярной генетики, было одним из наиболее заметных областей молекулярной биологии.
Все большее количество других областей биологии сосредоточено на молекулах, либо непосредственно изучая взаимодействия в своей собственной области, такие как в клеточной биологии и биологии развития, или косвенно, где молекулярные методы используются для определения исторических характеристик популяций или видов, как в областях эволюционной биологии таких как популяционная генетика и филогенетика. Существует также давняя традиция изучения биомолекул «с нуля» в биофизике.
Цитология
Цитология (клеточная биология), изучает структурные и физиологические свойства клеток, включая их внутреннее поведение, взаимодействие с другими клетками и с их окружением. Клеточная биология объясняет структуру, организацию содержащихся в ней органелл, их физиологические свойства, метаболические процессы, пути сигнализации, жизненный цикл и взаимодействие с окружающей средой. Это делается как на микроскопическом, так и на молекулярном уровне, поскольку он охватывает прокариотические клетки и эукариотические клетки.
Знание компонентов клеток и способов работы клеток имеет фундаментальное значение для всех биологических наук; это также важно для исследований в биомедицинских областях, таких как рак и другие заболевания. Понимание структуры и функции клеток является фундаментальным для всех биологических наук. Сходства и различия между типами клеток особенно актуальны для молекулярной биологии.
Генетика
Определение 2
Генетика - это наука о генах, наследственности и вариации организмов.
Гены кодируют информацию, необходимую клеткам для синтеза белков, которые, в свою очередь, играют центральную роль в влиянии на окончательный фенотип организма. Генетика предоставляет инструменты исследования, используемые при исследовании функции конкретного гена, или анализ генетических взаимодействий. Внутри организмов генетическая информация физически представлена как хромосомы, внутри которой она представленаопределенной последовательностью аминокислот, в частности молекул ДНК.
Генетика обычно считается областью биологии, что часто пересекается со многими другими науками о жизни и тесно связана с изучением информационных систем.
Отцом генетики является Грегор Мендель, ученый конца XIX века и августинский монарх. Мендель изучал «наследство признаков», образцы в способе передачи черт от родителей к потомству. Он заметил, что организмы (растения гороха) наследуют черты посредством дискретных «единиц наследования». Этот термин, который все еще используется сегодня, представляет собой несколько двусмысленное определение того, что называется геном. Таким образом Мендель открыл некоторые основные принципы гинетики:
- принцип единообразия гибридов первого поколения
- принцип расщепления признаков
- принцип независимого наследования признаков
Наследование генов и механизмы молекулярного наследования по-прежнему являются первичными принципами генетики, но современная генетика расширилась за пределы изучения наследования до изучения функций и поведения генов. Изучаются структура и функция гена, вариации и распределение в контексте клетки, организма (например, доминирования) и в контексте популяции. Генетика породила ряд подобластей, включая эпигенетику и популяционную генетику. Организмы, изученные в широком поле, охватывают область жизни, включая бактерии, растения, животных и людей.
Генетические процессы работают в сочетании с окружающей средой и опытом организма, чтобы влиять на развитие и поведение, часто называемое природой против воспитания. Внутриклеточная или внеклеточная среда клетки или организма может включать или выключать транскрипцию гена. Классический пример - два семена генетически идентичной кукурузы, один из которых расположен в умеренном климате и один в засушливом климате. В то время как средняя высота двух кукурузных стеблей может быть генетически определена как равная, таковая в засушливом климате только возрастает до половины высоты в умеренном климате из-за нехватки воды и питательных веществ в окружающей среде.
Биология - это наука, изучающая живые организмы. Она раскрывает закономерности жизни и ее развития как особого явления природы.
Среди других наук биология является фундаментальной дисциплиной, относится к ведущим разделам естествознания.
Термин «биология» состоит из двух греческих слов: «биос» – жизнь, «логос» – учение, наука, понятие.
Впервые был употреблен для обозначения науки о жизни в начале XIX. Это сделали независимо друг от друга Ж.-Б. Ламарк и Г. Тревиранус, Ф. Бурдах. В это время биология обособляется из естественных наук.
Биология изучает жизнь во всех ее проявлениях. Предметом биологии являются строение, физиология, поведение, индивидуальное и историческое развитие организмов, их взаимосвязь между собой и окружающей средой. Поэтому биология представляет собой систему, или комплекс, наук, во многом взаимосвязанных. Различные биологические науки возникали на протяжении истории развития науки в следствии обособления различных областей изучения живой природы.
В качестве крупных разделов биологии выделяют зоологию, ботанику, микробиологию, вирусологию и др. как науки, изучающие различные по ключевым моментам строения и жизнедеятельности группы живых организмов. С другой стороны, изучение общих закономерностей живых организмов привело к появлению таких наук как генетика, цитология, молекулярная биология, эмбриология и др. Изучение строения, функциональности, поведения живых существ, их взаимоотношений и исторического развития породило морфологию, физиологию, этологию, экологию, эволюционное учение.
Общая биология изучает наиболее универсальные свойства, закономерности развития и существования живых организмов и экосистем.
Таким образом, биология - это система наук .
Бурное развитие в биологии наблюдалось во второй половине XX века. Это в первую очередь было связано с открытиями в области молекулярной биологии.
Несмотря на свою богатую историю , и в настоящее время в биологических науках продолжают совершаться открытия, ведутся дискуссии, пересматриваются многие концепции.
В биологии особое внимание уделяется клетке (так как она является основной структурно-функциональной единицей живых организмов), эволюции (так как жизнь на Земле претерпевала развитие), наследственности и изменчивости (лежащих в основе преемственности и приспособляемости жизни).
Выделяют ряд последовательных уровней организации жизни: молекулярно-генетический, клеточный, организменный, популяционно-видовой, экосистемный. На каждом из них жизнь проявляется по-своему, что изучается соответствующими биологическими науками.
Значение биологии для человека
Для человека биологические знания в первую очередь имеют следующее значение:
- Обеспечение человечества питанием.
- Экологическое значение – контроль за окружающей средой, чтобы она была пригодной для нормальной жизни.
- Медицинское значение – увеличение продолжительности и качества жизни, борьба с инфекциями и наследственными заболеваниями, разработка лекарств.
- Эстетическое, психологическое значение.
Человека можно рассматривать как один из результатов развития жизни на Земле. Жизнь людей все еще находится в сильной зависимости от общебиологических механизмов жизнедеятельности. Кроме того, человек влияет на природу и сам испытывает на себе ее воздействие.
Деятельность человека (развитие промышленности и сельского хозяйства), рост народонаселения стали причиной экологических проблем на планете. Происходит загрязнение окружающей среды, разрушение природных сообществ.
Для разрешения экологических проблем необходимо понимание биологических закономерностей.
Кроме того, многие разделы биологии имеют значение для здоровья человека (медицинское значение). Здоровье людей находится в зависимости от наследственности, среды жизни и образа жизни. С этой точки зрения наиболее важны такие разделы биологии как наследственность и изменчивость, индивидуальное развитие, экология, учения о биосфере и ноосфере.
Биология решает задачи обеспечения людей продуктами питания, лекарствами. Биологические знания лежат в основе развития сельского хозяйства.
Таким образом, высокий уровень развития биологии является необходимым условием благополучия человечества.
Биология — наука о жизни
Биология — наука о жизни, включающая все знания о природе, структуре, функциях и поведении живых существ. Биология имеет дело не только с великим множеством форм различных организмов, но также с их эволюцией, развитием и с теми отношениями, которые складываются между ними и окружающей средой.
Основными структурными элементами, из которых состоят тела живых существ, являются клетки. Их строение, состав и функции изучает цитология. Другая биологическая наука, гистология, имеет дело со свойствами и структурой тканей, т.е. групп однотипных клеток, выполняющих в организме сходную функцию. Механизмы, посредством которых признаки, свойственные особям одного поколения, передаются следующим поколениям, исследует генетика. Классификацией животных и растений и установлением их родственных связей занимается таксономия, а изучением ископаемых остатков живых существ — палеонтология. Взаимоотношения организмов с окружающей средой составляют предмет экологии. Новейшие физические и химические методы исследования позволяют количественно изучать молекулярные структуры и явления, лежащие в основе всех биологических процессов. Данное направление, затрагивающее сразу несколько биологических дисциплин, называют молекулярной биологией.
Биологические концепции
Вплоть до начала 20 в. биологи были убеждены в том, что все живое принципиально отличается от неживого и в этом отличии есть какая-то тайна. В настоящее время благодаря значительно возросшему объему знаний в области химии и физики живой материи стало ясно, что жизнь может быть объяснена в обычных понятиях химии и физики. Ниже кратко излагаются основные концепции современной биологии, касающиеся самого феномена жизни.
Биогенез. Все живые организмы происходят только от других живых организмов, и из этого правила нет исключений. Не совсем ясно, можно ли считать живыми субмикроскопические фильтрующиеся вирусы, но нет сомнений в том, что появление их в большом количестве в среде возможно только за счет размножения тех вирусов, которые уже попали туда раньше. Из невирусного вещества вирусы не возникают.
Клеточная теория. Одно из наиболее фундаментальных обобщений современной биологии — это клеточная теория, согласно которой все живые существа, включая растения и животных, состоят из клеток и продуктов выделения клеток, а новые клетки образуются путем деления существующих. Все клетки демонстрируют также сходство в основных компонентах химического состава и в основных метаболических реакциях, а активность всего организма представляет собой сумму индивидуальных активностей составляющих этот организм клеток и результатов их взаимодействия.
Генетические механизмы и эволюция.
Генетическая теория гласит, что признаки особей каждого поколения передаются следующему поколению через единицы наследственности, называемые генами. Крупные сложные молекулы ДНК состоят из четырех типов субъединиц, называемых нуклеотидами, и имеют структуру двойной спирали. Информация, содержащаяся в каждом гене, закодирована особым порядком расположения этих субъединиц. Поскольку каждый ген состоит примерно из 10 000 нуклеотидов, выстроенных в определенной последовательности, существует великое множество комбинаций нуклеотидов, а соответственно и множество различных последовательностей, являющихся единицами генетической информации.
Определение последовательности нуклеотидов, образующих определенный ген, стало теперь не только возможным, но даже довольно обычным делом. Более того, ген можно синтезировать, а затем клонировать, получив таким образом миллионы копий. Если какое-то заболевание человека вызвано мутацией гена, который в результате не функционирует надлежащим образом, в клетку может быть введен нормальный синтезированный ген, и он будет выполнять необходимую функцию. Эта процедура называется генной терапией.
Грандиозный проект "Геном человека" призван выяснить нуклеотидные последовательности, образующие все гены человеческого генома. Одно из важнейших обобщений современной биологии, формулируемое иногда как правило "один ген — один фермент — одна метаболическая реакция", было выдвинуто в 1941 американскими генетиками Дж.Бидлом и Э.Тейтемом. Согласно этой гипотезе, любая биохимическая реакция — как в развивающемся, так и в зрелом организме — контролируется определенным ферментом, а фермент этот в свою очередь контролируется одним геном. Информация, заложенная в каждом гене, передается от одного поколения другому специальным генетическим кодом, который определяется линейной последовательностью нуклеотидов. При образовании новых клеток каждый ген реплицируется, и в процессе деления каждая из дочерних клеток получает точную копию всего кода. В каждом поколении клеток происходит транскрипция генетического кода, что позволяет использовать наследственную информацию для регуляции синтеза специфических ферментов и других белков, существующих в клетках.
В 1953 американский биолог Дж. Уотсон и британский биохимик Ф.Крик сформулировали теорию, объясняющую, каким образом структура молекулы ДНК обеспечивает основные свойства генов — способность к репликации, к передаче информации и мутированию. На основании этой теории оказалось возможным сделать определенные предсказания о генетической регуляции синтеза белка и подтвердить их экспериментально.
Развитие с середины 1970-х годов генной инженерии, т.е. технологии получения рекомбинантных ДНК, значительно изменило характер исследований, проводимых в области генетики, биологии развития и эволюции. Разработка методов клонирования ДНК и проведения полимеразной цепной реакции позволяют получать в достаточном количестве необходимый генетический материал, включая рекомбинантные (гибридные) ДНК. Эти методы используются для выяснения тонкой структуры генетического аппарата и отношений между генами и их специфическими продуктами — полипептидами. Вводя в клетки рекомбинантную ДНК, удалось получить штаммы бактерий, способные синтезировать важные для медицины белки, например человеческий инсулин, гормон роста человека и многие другие соединения.
Значительный прогресс был достигнут в области изучения генетики человека. В частности, проведены исследования таких наследственных болезней, как серповидноклеточная анемия и муковисцидоз. Изучение раковых клеток привело к открытию онкогенов, превращающих нормальные клетки в злокачественные. Исследования, проводимые на вирусах, бактериях, дрожжах, плодовых мушках и мышах, позволили получить обширную информацию, касающуюся молекулярных механизмов наследственности. Теперь гены одних организмов могут быть перенесены в клетки других высокоразвитых организмов, например мышей, которые после такой процедуры называются трансгенными. Чтобы осуществить операцию по внедрению чужеродных генов в генетический аппарат млекопитающих, разработан целый ряд специальных методов. Одно из наиболее удивительных открытий в генетике — это обнаружение двух типов входящих в состав генов полинуклеотидов: интронов и экзонов. Генетическая информация кодируется и передается только экзонами, функции же интронов до конца не выяснены.
Витамины и коферменты.
Открытие этих веществ, которые не являются солями, белками, жирами или углеводами, но вместе с тем необходимы для полноценного питания, принадлежит американскому биохимику польского происхождения К.Функу. С 1912, когда Функ обнаружил витамины, началось интенсивное исследование их роли в метаболизме и выяснение того, почему в пищевом рационе одних организмов должны обязательно присутствовать определенные витамины, а в рационе других их может и не быть. Сейчас твердо установлено, что соединения, которые мы относим к витаминам, необходимы для нормального метаболизма всех живых существ, включая бактерии, зеленые растения и животных, однако, если некоторые организмы способны синтезировать эти соединения сами, другие должны получать их с пищей в готовом виде. Для многих витаминов в настоящее время уже выяснена их специфическая роль в метаболизме. Во всех случаях они функционируют как часть большой молекулы вещества, названного коферментом. Кофермент служит своего рода партнером фермента и субстратом для осуществления некоторых реакций. Авитаминоз, возникающий при недостаточности того или иного витамина, есть следствие нарушений в метаболизме, вызванных нехваткой кофермента.
Гормоны. Термин «гормон» был предложен в 1905 английским физиологом Э. Старлингом, который определил его как «любое вещество, в норме выделяемое клетками в какой-то одной части тела и переносимое кровью в другие части тела, где оно проявляет свое действие во благо всего организма». Можно сказать, что эндокринология (изучение гормонов) началась с 1849, когда немецкий физиолог А.Бертольд осуществил пересадку семенников от одной птицы к другой и предположил, что эти мужские половые железы выделяют в кровь какое-то вещество, определяющее развитие вторичных половых признаков. Само же это вещество — тестостерон — было выделено в чистом виде и описано только в 1935. Животные (как позвоночные, так и беспозвоночные) и растения вырабатывают большое число разных гормонов. Все гормоны образуются в каком-то небольшом участке организма, а потом переносятся в другие его части, где, присутствуя в очень низких концентрациях, оказывают исключительно важное регуляторное и координирующее действие на активность клеток. Таким образом, основная роль гормонов — это химическая координация, дополняющая координацию, осуществляемую нервной системой.
Экология.
Согласно одной из важнейших обобщающих концепций современной биологии, все живые организмы, обитающие в определенном месте, тесно взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой. Определенные виды растений и животных распределены в пространстве не случайным образом, а образуют взаимозависимые сообщества, состоящие из продуцентов, консументов и редуцентов и связанные с определенными неживыми компонентами среды. Подобные сообщества могут быть выявлены и охарактеризованы по доминирующим видам; чаще всего это виды растений, дающие пищу и укрытие другим организмам. Экология призвана ответить на вопросы — почему те или иные виды растений и животных образуют определенное сообщество, как они взаимодействуют между собой и как влияет на них человеческая деятельность.
Особенности живых организмов. Живые организмы не содержат какого-либо особого химического элемента, которого не было бы в неживой природе. Наоборот, основные составляющие их элементы — углерод, водород, кислород и азот — довольно широко распространены на Земле. В очень небольших количествах в составе живых организмов присутствует, кроме того, множество других химических элементов. Все живые существа в большей или меньшей степени могут быть охарактеризованы по таким признакам, как размеры, форма тела, раздражимость, подвижность, а также особенности метаболизма, роста, размножения и адаптаций. Способность растений и животных приспосабливаться к своей среде позволяет им выживать при тех изменениях, которые происходят во внешнем мире. Адаптация может включать как очень быстрые изменения состояния организма, определяемые клеточной раздражимостью, так и очень длительные процессы, а именно появление мутаций и их естественный отбор.
Биологические ритмы.
Многие проявления жизнедеятельности организмов имеют циклический характер. Существуют, например, сезонные циклы в динамике численности некоторых видов; известны также циклические явления в жизни популяций, повторяющиеся каждый год, каждый лунный месяц, каждый день или каждый морской прилив (или отлив). Многие биологические функции отдельно взятого организма тоже имеют периодическую природу, например, чередование сна и бодрствования. По крайней мере, некоторые из этих циклов, по-видимому, регулируются внутренними биологическими часами.
Происхождение жизни.
Современные теории возникновения мутаций, естественного отбора и популяционной динамики дают объяснение того, как произошли современные животные и растения от ранее существовавших форм. Вопрос о первоначальном происхождении жизни на Земле рассматривался многими биологами. Некоторые из них считали, что формы жизни были принесены из космоса, с других планет. Сторонники подобной точки зрения ссылаются на обнаруженные в 1961 и 1966 структуры в метеоритах, напоминающие окаменелости микроскопических организмов.
Теорию происхождения первых живых существ из неживой материи развивали немецкий физиолог Э. Пфлюгер, английский генетик Дж. Холдейн и русский биохимик А. И. Опарин. Известен целый ряд реакций, посредством которых можно получить органические вещества из неорганических. Американский химик М.Калвин экспериментально показал, что излучение с высокой энергией, например космические лучи или электрические разряды, могут способствовать образованию органических соединений из простых неорганических компонентов. В 1953 американские химики Г. Юри и С. Миллер обнаружили, что некоторые аминокислоты, например глицин и аланин, и даже более сложные вещества могут быть получены из смеси паров воды, метана, аммиака и водорода, через которую всего лишь в течение недели пропускают электрические разряды.
Спонтанное зарождение живых организмов в той обстановке, которая существует на Земле в настоящее время, в высшей степени маловероятно, однако оно вполне могло произойти в прошлом. Все дело в различии условий, существовавших тогда и сейчас. До того, как на Земле возникла жизнь, органические соединения могли накапливаться, поскольку, во-первых, не существовало плесневых грибов, бактерий и других живых существ, способных их потреблять, а во-вторых, они не подвергались спонтанному окислению, так как в атмосфере тогда отсутствовал кислород (или его было очень мало).
Сейчас разработаны вполне правдоподобные теории, позволяющие объяснить, как органические вещества могли возникать в результате простых химических реакций, индуцированных электрическими разрядами, ультрафиолетовым излучением и другими физическими факторами, как эти молекулы могли затем образовать в море разбавленный бульон и как в результате их длительного взаимодействия формировались жидкие кристаллы, а затем и более сложные молекулы, по размерам приближающиеся к белкам и нуклеиновым кислотам.
Процесс, аналогичный естественному отбору, мог действовать уже среди этих еще не живых, но уже очень сложных молекул. Дальнейшее объединение молекул белков и нуклеиновых кислот могло привести к появлению организмов, напоминающих ныне существующие вирусы, от которых, возможно, произошли бактерии, давшие в конце концов начало растениям и животным. Другим крупным шагом в ранней эволюции было развитие белково-липидной мембраны, которая окружала скопление молекул и позволяла одни молекулы накапливать, а другие, наоборот, выбрасывать наружу. Все эти доводы привели ученых к заключению, что возникновение жизни на нашей планете — это событие не только вполне естественное и возможное, но и почти неизбежное. Более того, количество уже известных галактик, а соответственно и планет во Вселенной столь велико, что существование на многих из них условий, пригодных для жизни, представляется весьма вероятным. Не исключено, что жизнь на этих планетах действительно существует. Но если жизнь где-то возможна, то по прошествии достаточного времени она должна появиться и дать широкое разнообразие форм. Некоторые из этих форм могут сильно отличаться от тех, что встречаются на Земле, но другие могут быть очень похожими.
Теория происхождения жизни может быть сведена к следующим тезисам:
- органические вещества образуются из неорганических в результате воздействия физических факторов окружающей среды;
- органические вещества взаимодействуют друг с другом, образуя все более сложные комплексы, из которых постепенно формируются ферменты и самовоспроизводящиеся системы, напоминающие гены;
- сложные молекулы становятся более разнообразными и объединяются в примитивные, похожие на вирусы организмы;
- вирусоподобные организмы постепенно эволюционируют и дают начало растениям и животным.
Науки изучающие биологию
Акарология - наука изучающая клещей.
Анатомия - раздел биологии и конкретно морфологии, изучающий строение тела организмов и их частей на уровне выше клеточного.
Альголо́гия - раздел биологии, изучающий водоросли. Ранее все водоросли относили к растениям, а потому альгологию рассматривали как раздел ботаники.
Антропология - биологическая наука о происхождении и эволюции физической организации человека и человеческих рас.
Арахналогия наука изучающая пауков.
Бактериология (от греч. bakteria- палочка и logos-слово), наука о мельчайших, невидимых простым глазом.
Биогеография – это наука о географическом распространении и размещении на Земле организмов и их сообществ.
Биоинформа́тика - совокупность методов и подходов, включающих в себя: математические методы компьютерного анализа в сравнительной геномике (геномнаябиоинформатика).
Биометрия предполагает систему распознавания людей по одной или более физических или поведенческих черт. В области информационных технологий биометрические данные используются в качестве формы управления идентификаторами доступа и контроля доступа.
Био́ника (от др.-греч. βίον - живущее) - прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги.
Биоспелеология, спелеобиология - раздел биологии, занимающийся изучением организмов, обитающих в пещерах.
Биофизика - это наука о физических процессах, протекающих в биологических системах разного уровня организации, и о влиянии на биологические объекты различных физических факторов. Биофизика призвана выявлять связи между физическими механизмами, лежащими в основе организации живых объектов, и биологическими особенностями их жизнедеятельности.
Биохи́мия (биологи́ческая, или физиологи́ческая хи́мия) - наука о химическом составе живых клеток и организмов и о химических процессах, лежащих в основе их жизнедеятельности.
Ботаника - наука о растениях.
Биомеха́ника - раздел естественных наук, изучающий на основе моделей и методов механики механические свойства живых тканей, отдельных органов и систем, или организма в целом, а также происходящие в них механические явления.
Биоценология (от биоценоз и …логия), центральный раздел экологии, изучающий закономерности жизни организмов в биоценозах, их популяционную структуру, потоки энергии и круговорот веществ.
Бриология (греч., от bryon - мох, и logos - слово) наука изучающая мхи.
Вирусология - раздел микробиологии, изучающий вирусы (от латинского слова virus - яд).
Гельмитология - наука изучающая глисты.
Гене́тика - наука о закономерностях наследственности и изменчивости.
Геоботаника - раздел биологии на стыке ботаники, географии и экологии. Это наука о растительности Земли, о совокупности растительных сообществ (фитоценозов), их составе, структуре.
Герпетология. (от греч. herpeton - пресмыкающееся и...логия), раздел зоологии, изучающий пресмыкающихся и земноводных.
Гидробиология - наука о жизни и биологических процессах в воде, одна из биологических дисциплин.
Гистоло́гия - раздел биологии, изучающий строение, жизнедеятельность и развитие тканей живых организмов.
Дендрология" - раздел ботаники, предметом изучения которого являются древесные растения: помимо деревьев, это также кустарники, полукустарники, кустарнички, древовидные лианы, а также стелющееся древесные растения.
Зоология (от др.-греч. ζῷον - животное + λόγος - учение) - биологическая наука, изучающая представителей царства животных. Зоология изучает физиологию, анатомию, эмбриологию, экологию, филогению животных.
Ихтиология (от греч. ichthýs - рыба и...Логия) раздел зоологии позвоночных, изучающий рыб, их строение, функции их органов, образ жизни на всех стадиях развития, распространение рыб во времени и пространстве, их систематику, эволюцию.
Колеоптероло́гия (от Coleoptera, Жуки, и греч. -λογία, …логия) - раздел энтомологии, изучающий жуков (насекомых из отряда жёсткокрылых, лат. Coleoptera).
Ксенобиология - подраздел синтетической биологии, изучающий создание и управление биологическими устройствами и системами.
Лепидоптерология - раздел энтомологии, изучающий представителей отряда Чешуекрылые насекомые (бабочки).
Лихеноло́гия (от греч. λειχήν - лишай, лишайник) - наука о лишайниках, раздел ботаники.
Миколо́гия (от др.-греч. μύκης - гриб) - раздел биологии, наука о грибах.
Мирмеколо́гия (от др.-греч. μύρμηξ «муравей» и λόγος «учение») - наука, изучающая муравьёв.
Палеонтоло́гия (от др.-греч. παλαιοντολογία) - наука об организмах, существовавших в прошлые геологические периоды и сохранившихся в виде ископаемых останков, а также следов их жизнедеятельности.
Палиноло́гия - комплекс отраслей наук (в первую очередь, ботаники), связанных с изучением пыльцевых зёрен и спор.
Радиационная биология или радиобиология - наука, изучающая действие ионизирующих и неионизирующих излучений на биологические объекты.
Систематика в биологии - это наука, которая классифицирует организмы на основе их внешнего сходства и родства.
Спонгиология наука о губках.
Таксоно́мия - учение о принципах и практике классификации и систематизации.
Териоло́гия - раздел зоологии, изучающий млекопитающих.
Токсиколо́гия - наука, изучающая ядовитые (токсичные) вещества, потенциальную опасность их воздействия на организмы и экосистемы, механизмы токсического действия, а также методы диагностики.
Феноло́гия (от греч. φαινόμενα - явления) - система знаний и совокупность сведений о сезонных явлениях природы, сроках их наступления и причинах, определяющих эти сроки.
Физиоло́гия (от греч. φύσις - природа и λόγος - знание) - наука о сущности живого, жизни в норме и при патологиях, то есть о закономерностях функционирования и регуляции биологических систем разного уровня организации.
Фитопатология (фито - растение и патология) - наука о болезнях растений, вызванных патогенами (инфекционные болезни) и экологическими факторами (физиологические факторы).
Цитоло́гия (греч. κύτος «клетка» и λόγος - «учение», «наука») - раздел биологии, изучающий живые клетки, их органоиды, их строение, функционирование, процессы клеточного размножения, старения и смерти.
Биологическая эволю́ция (от лат. evolutio - «развёртывание») - естественный процесс развития живой природы, сопровождающийся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций.
Эмбриология - это наука, изучающая развитие зародыша: эмбриогенез.
Эндокриноло́гия - наука о строении и функции желез внутренней секреции (эндокринных желез), вырабатываемых ими продуктах (гормонах), о путях их образования и действия на организм животных и человека; а также о заболеваниях.
Энтомология - раздел зоологии, изучающий насекомых.
Этоло́гия - полевая дисциплина зоологии, изучающая генетически обусловленное поведение (инстинкты) животных, в том числе людей.
