ТЕМА №1: БИОЛОГИЯ КАК НАУКА. МЕТОДЫ
Свойства (признаки) живого:
1. Единство химического состава – все живое на 98% из 4 биогенных элементов: углерод (С), кислород (О), азот (N) и водород (Н). В неживой природе самыми распространенными элементами являются кремний (Si), железо (Fe), магний (Mg), алюминий (Al), кислород (О)
2. Обмен веществ и энергии (метаболизм) – вещества (съели яблоко) – меняются на энергию (АТФ). Энергия (АТФ) используется на строение веществ (белков). Оп – поменялись. Или просто веществами махнулись: дыхание: поглощают кислород, выдыхают углекислый газ. В неживой природе вещества просто переносятся с одного места на другое или меняют свое агрегатное состояние: например, смыв почвы, превращение воды в пар или лед, а это не так круто, как чизкейк в энергию
3. Самовоспроизведение (репродукция) – способность воспроизводить себе подобных (начиная с простого деления клеток и заканчивая тем самым у млекопитающих)
4. Наследственность – передают признаки из поколения в поколение. «От осинки не родятся апельсинки» -вот это про наследственность (обеспечивается мейозом, особенно его редукционным делением - обеспечивает сохранение постоянногочисла хромосом в ряду поколений)
5. Изменчивость – дети похожи на родителей, НО не совсем – генетически меняются (наследственная изменчивость: комбинативная и мутационная) и фенотипически (модификационная) тоже. И это прекрасно, ибо если мы все разные значит будет конкуренция и естественный отбор, и «наши дети будут лучше чем мы, лучше чем мыыы»
6. Раздражимость – могут реагировать на внешние воздействия, раздражение это необязательно плохо, можно и позитивно раздражаться, за едой ползти допустим или мурчать, когда гладят. Если ты многоклеточное, то реагируешь рефлексами (безусловными (бац по коленке – нога вверх и условными – звонок на обед – потекли слюни), а если нервной системы нет, то реагируешь изменгением движения (таксисы: надо убежать – отрицательный таксис, приползти на свет – положительный фототаксис) или роста (тропизмы)
7. Рост и развитие –
Развитие – новое (так раньше не было) качественное (новый уровень с другими возможностями) изменение организма (его состав или структура)
Различают:
1) Онтогенез - индивидуальное развитие организма – реализация генов
2) Филогенез - историческое развитие - образование новых видов и прогрессивное усложнение жизни (эволюция)
Рост – количественное изменение - увеличением размеров или массы за счет увеличения размеров и количества клеток
8. Ритмичность – ритмы сна- бодрствования, сезонные ритмы спячки и т.п., все это, чтобы подстроиться под периодически меняющиеся условия жизни: вращением Земли вокруг Солнца и своей оси, фазами Луны и т.д.
9. Саморегуляция – побегали – вспотели, устали – поспали, много углекислого газа в крови – вдохнули и выдохнули, много сахара в крови – закинули в кровь инсулинчика. Все, чтобы ничего в жизнедеятельности не менялось, ни химический состав, ни интенсивность физиологических процессов – постояяяянство, наш организм жуткий консерватор, ему нужен ГОМЕОСТАЗ
10. Энергозависимость - мы открытые (поступает энергия извне) и динамические (устойчивые лишь при условии непрерывного доступа веществ и энергии): умрём без еды, воды, воздуха и т.п. Мы ЗАВИСИМЫот этих веществ и энергии, которая поступает вместе с ними = энерго-зависимость. Организмы используют либо энергию Солнца непосредственно – это фотоавтотрофы (зеленые растения и цианобактерии), либо опосредованно, в виде органических веществ потребляемой пищи, – это гетеротрофы (животные, грибы и бактерии)
11. Дискретность (иерархичность) – как корпорация имеет иерархию - состоит из отделов, которые вроде независимы: отдел продаж, работы с клиентами, аналитики, НО все они взаимодействует ради одной цели – жизнь корпорации. У нас все то же самое: все живое состоит из клеток, а клетки состоят из органелл, а органеллы из сложноустроенных органических молекул: нуклеиновых кислот, белков, жиров и углеводов. А вот уже они и состоят из биогенных элементов (см.свойство единства хим.состава)! Но все это работает ради нас и нашей жизни, и попробуйте сказать, что вас никто не любитJ
Уровни организации живой природы
| Уровень жизни | Что на нем? | Что там происходит? | |||
| Молекулярный (но молекулы сами по себе ещё не могут считаться живыми) | Посмотри состав любых продуктов: белки, жиры, углеводы, если бы на людях, кошках, червях писали состав, он бы был такой же, только плюс нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) | Генные мутации, репликация, транскрипция | |||
| Клеточный | Клетки со всеми их органеллами | Возникает ЖИЗНЬ. Обмен веществ и энергии (гликолиз, трансляция, кроссинговер) | |||
| Тканевый | Совокупность клеток (не абы каких, а одинаковых по строению (органеллы), происхождению (из какого зародышевого листка), функциям (что умеет: сокращаться или проводить импульсы) + межклеточное вещество | Газообмен в легких, специализация клеток | |||
| Органный | Несколько типов тканей собрались и сделали орган | Сердцебиение | |||
| Организменный | Много органов, которые нервно-гуморально регулируются (мозгом и гормонами) | Гомеостаз, онтогенез и эмбриогенез | |||
| Популяционно-видовой | Особи одного вида обитают в одном месте, make love с друг другом и рожают плодовитое потомство - популяция | Эволюция, дивергенция и скрещивание | |||
| Биогеоценотический | Несколько разных видов + одна территория + неживая природа (состав воздуха, камни, почва) | Круговорот веществ и превращение энергии. Саморегуляция экосистем и биогеоценозов | |||
| Биосферный | Живая оболочка (если ее отодрать, останется только неживая природа): все бактерии, люди, насекомые, растения | Глобальный круговорот веществ и превращение энергии, взаимодействие живого и неживого вещества планеты | |||
Методы познания живой природы:
| ОБЩЕНАУЧНЫЕ МЕТОДЫ | ||||||
| Теоретические методы | Эмпирические (практические) методы | |||||
| Мысленное проникновение в суть процесса | Фиксация и описание явлений, фактов, видимых связей между ними – опыт или практика | |||||
| Анализ и синтез, обобщение (классификация), абстрагирование, конкретизация, моделирование | Наблюдение, эксперимент, измерение, сравнение | |||||
| ВАЖНЫЕ ТЕРМИНЫ– НАДО ПОНИМАТЬ | ||||||
| Проблема – вопрос, задача, требующие решения. Этого у нас и у науки предостаточно, хорошо хоть,что решение проблемы ведет к получению нового знания. Пример: мелкие семена погибают, когда их сажаешь на большую глубину Гипотеза – предположение, предварительное решение поставленной проблемы. Гипотеза проверяется экспериментально. Пример: наверное, это потому что мелким семенам не хватает пит.веществ из эндосперма, чтобы дорасти до поверхности. Зависимая и независимая переменные в эксперименте - независимая переменная (та, которую меняем) – глубина посадки, зависимая переменная (та, которая меняется в зависимости от независимой) – выживание семян Теория – обобщение основных идей (подтвержденных гипотез) в какой-либо научной области знания. | ||||||
| Метод | Что нужно сделать? | Для чего? | ||||
| Наблюдение | Целе направленно много раз воспринимать предмет или процесс и тихонько БЕЗ ВМЕШАТЕЛЬСТВА фиксировать результаты. Можно непосредственно = без технических средств (бумага, камера и т.п.); опосредованно = с ними: орнитолог видит птицу в бинокль и может слышать ее, а может фиксировать прибором звуки вне слышимого человеческим ухом диапазона | Изучить сезонные изменения в живой природе, наблюдать за близнецами в близнецовом методе, наблюдать за ростом и развитием растений и животных, гистологу наблюдать с помощью микроскопа зафиксированный и окрашенный срез ткани | ||||
| Эксперимент | Сделать гипотезу (исходя из результатов наблюдения), выбрать зависимую и независимую переменную, менять независимую и смотреть на зависимую – проверить гипотезу | Понять, что именно определённая вакцина защищает организм от определённого заболевания, изучить характер пульса после разных физических нагрузок, лабораторное исследование влияния гиподинамии на состояние здоровья, скрестить животных или растений с целью получения нового сорта или породы | ||||
| Моделирование | Создать модель предмета или процесса – изучить ее, сказать, что сам процесс работает так же | Джеймс Уотсон и Френсис Крик создали из пластмассовых элементов модель – двойную спираль ДНК, используется при создании искусственных условий для выращивания клеток и тканей | ||||
| МЕТОДЫЦИТОЛОГИИ | ||||||
| Метод | Что нужно сделать? | Для чего? | ||||
| Световой микроскоп 200 нм (1 нанометр = 10-9 м) (увеличивает до 2000 раз, обычный школьный – от 100 до 500 раз) | Окуляр + тубус + линза-объектив + предметный столик + штатив + зеркальце. Минус: видим только крупные органоиды Плюсы: можно живые объекты посмотреть. | Увидеть клеточную стенку, ядро, хлоропласты, вакуоль, процессы в живой клетке (митоз, движение органоидов), одноклеточные организмы, вакуоли растительных клеток | ||||
| Электронный микроскоп (увеличивает до 107 раз) | Вместо видимого света используется пучок электронов. Плюсы: видим мелкие органоиды Минусы: нельзя наблюдать живые объекты, т.к. наблюдаемое надо помещать в вакуум, где из живых клеток испаряется вода, и они погибают | Увидеть микроструктуру органоидов и мелкие органоиды: рибосомы, микротрубочки, эндоплазматическую сеть | ||||
| Ультрацентрифуга (центрифигурирование) | Клетки разрушить и поместить в центрифугу. Компоненты клетки разделятся по плотности (самые тяжелые части собираются на дне пробирки, самые легкие – на поверхности) | Отделить органоиды друг от друга и изучить их отдельно или чтобы изучить структуру крови требуется разделить ее на несколько составных компонентов: плазму, эритроциты и мелкие клетки, сгустки, сыворотку | ||||
| Прижизненное окрашивание | Краситель избирательно красит определенные химические вещества, покрасили - посмотрели | Узнать локализацию определённых химических веществ в клетке | ||||
| Метод меченных атомов | В кровь, в дыхательные пути, пищеварительный тракт вводятся радиоактивные изотопы, которые неотличимы от устойчивых изотопов того же элемента, но могут быть опознаны по своему излучению, поэтому мы можем проследить путь этого элемента в организме и его превращение | Доказать, что в процессе фотосинтеза происходит выделение кислорода из воды, а не из углекислого газа, исследовать опухоль головного мозга через обменные процессы, изучить функции щитовидной железы | ||||
| Клеточная инженерия | Микрохирургические операции для клеток-Франкенштейнов: «разборка» и «сборка» жизнеспособных клеток из органоидов, пересадка ядер - клонирование клеток, гибридизация соматических клеток – две в одну | Работа с каллусной тканью, гибридизация соматических клеток, трансплантация ядер клеток | ||||
| Биохимический метод | Посмотреть содержание веществ в крови, моче и т.п., вещества – продукты генов, значит в итоге смотрим, работает ли ген, химический состав клеток и активность ферментативных систем | Узнать наследственные заболевания, связанные с нарушен ли обмен веществ: сахарный диабет Уровень активности вещества в определённых условиях. | ||||
| Хроматография | Размельчить часть растения и поместить в эту смесь адсорбент (спец.бумажку) из-за разной скорости движения веществ смеси через адсорбент в зависимости от их способности связываться с его частицами на нем образуется несколько слоев | Разделение пигментов хлорофилла а и хлорофилла b для их дальнейшего изучения | ||||
| МЕТОДЫГЕНЕТИКИ | ||||||
| Метод | Что нужно сделать? | Для чего? | ||||
| Цитогенетический | Под микроскопом посмотреть хромосомный набор (кариотип) – количество, форму, размеры хромосом + изменения их количества, строения | Проанализировать кариотип, выявить хромосомные болезни, геномные и хромосомные мутации | ||||
| Рентгенологический | Сделать снимки рассеяния рентгеновских лучей от ДНК | Определить структуру ДНК | ||||
| Молекулярно-генетический | Определить последовательность нуклеотидов | Определить генотип и генные мутации | ||||
| Генная инженерия | Пересадить гены и получить ГМО – генномодифицированные организмы | Получить рекомбинантные (модифицированные) молекулы ДНК и РНК | ||||
| Генеалогический метод (метод родословны) - для людей | В ряду поколений родственников посмотреть проявляется признак или нет и характер наследования признаков: рецессивный/доминантный, сцепленный или аутосомный | Узнать тип и проявление признаков у моно- и дизиготных близнецов | ||||
| Гибридологический – для животных | Скрестить организмы, посмотреть на фенотипы их потомства | Узнать генотипы родителей и потомства (спасибо, Мендель) | ||||
| Близнецовый метод | Сравнивнить проявление признаков у монозиготных (однояйцевых) и дизиготных (разнояйцевых) близнецов | Узнать, что влияет на развитие признака больше: наследственность или среда | ||||
| Клонирование | Засунуть диплоидное ядро соматической клетки в яйцеклетку, а ее ядро удалить, дать развиться клону | Получить несколько идентичных организмов | ||||
| МЕТОДЫCЕЛЕКЦИИ | ||||||
| Гибридизация (метода как в гентике, а цель не как в генетике) | Внутривидово скрестить (близких родственников L - инбридинг, неродственное – аутбридинг) или межвидово (отдаленно) – для гетерозиса | Инбридинг – мопсы и вообще породы собак, аутбридинг - гибриды редьки и капусты from Карпеченко, архаромериносы, мул (гибрид кобылы и осла) и лошак (гибрид коня и ослицы) | ||||
| Искусственный отбор | Массовый – для растений, индивидуальный – для животных | Яблоня, которую не едят вредители. Накаченные бычки – для мяска | ||||
| Популяционно-статистический метод | Посчитать частоты встречаемости различных генов в популяциях, вычислить количество гетерозиготных организмов. Закон Харди-Вайнберга | Спрогнозировать количество особей с патологическими (мутантными) проявлениями действия генов | ||||