Раздел. 1 Предмет и задачи общей биологии. Уровни организации живой материи. Тема 1. 1. Общая биология как наука, методы исследования связи с другими науками, её достижения. Задачи: u показать актуальность биологических знаний, выявить значение общей биологии её место в системе биологических знаний; u познакомить учащихся с методами исследования в биологии; u рассмотреть последовательность проведения эксперимента; u выявить в чём заключается отличие гипотезы от закона или теории.

. БИОЛОГИЯ - наука о жизни, её закономерностях и формах проявления, о существовании и распространение е во времени и пространстве. Она исследует происхождение жизни и её сущность, развитие, взаимосвязи и многообразие. Биология относится к естественным наукам. Слово «биология» дословно переводится как «наука (логос) о жизни (био)» .

Энгельс: «Жизнь – способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их природой, причём с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белков. » Волькенштейн: «Живые тела существуют на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот. »

Свойства живых систем 1. Метаболизм – обмен веществ. Обмен веществ и энергии Поглощение Преобразование + усвоение Выделение во внешнюю среду

3. Наследственность – способность организмов передавать свои признаки и свойства из поколения в поколение. В основе носители генетической информации (ДНК, РНК) 4. Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства. В основе – изменение ДНК.

5. Рост и развитие. Рост всегда сопровождается развитием. Развитие живой формы материи Онтогенез Индивидуальное развитие Филогенез Историческое развитие

7. Дискретность – каждая биологическая система состоит из обособленных, но взаимодействующих между собой частей, образующих структурнофункциональное единство. 8. Саморегуляция – способность организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов – гомеостаз.

9. Ритмичность – периодические изменения интенсивности физиологических функций с различными периодами колебаний (суточные и сезонные) 10. Энергозависимость – живые тела представляют собой открытые для поступления энергии системы. 11. Единство химического состава.

ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ– комплексная наука, исследует наиболее общие свойства и закономерности живой материи, проявляемые на разных уровня организации, и объединяет ряд частных биологических наук.

Биологические науки и изучаемые ими аспекты 1. Ботаника – исследует строение, способ существования, распространение растений и историю их происхождения. Включает в себя: u Микологию - наука о грибах u Бриологию – наука о мхах u Геоботаника – изучает закономерности распространения растений по поверхности суши u Палеоботаника – изучает ископаемые останки древних растений 2. Зоология – изучает строение, распространение и историю развития животных. Включает в себя: u Ихтиология – наука о рыбах u Орнитология – наука о птицах u Этология – наука о поведении животных

3. Морфология – изучает особенности внешнего строения живых организмов. 4. Физиология - изучает особенности жизнедеятельности живых организмов. 5. Анатомия – изучает внутреннее строение живых организмов. 6. Цитология – наука о клетке. 7. Гистология – наука о тканях. 8. Генетика – наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости живых организмов. 9. Микробиология – изучает строение, способ существования и распространение микроорганизмов (бактерий, одноклеточных) и вирусов. 10. Экология – наука о взаимоотношениях организмов между собой и с факторами окружающей среды.

Пограничные науки: u Биофизика – исследует биологические структуры и функции организмов физическими методами. u Биохимия – исследует основы жизненных процессов и явлений химическими методами на биологических объектах. u Биотехнология – изучает возможности использования имеющих хозяйственное значение микроорганизмов в качестве сырья, а так же использование их особых свойств в производстве.

Методы исследований. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Наблюдение (описание биологических явлений). Сравнение (нахождение закономерностей). Эксперимент или опыт (изучение свойств объекта в контролируемых условиях). Моделирование (имитирование процессов, недоступных для непосредственного наблюдения). Исторический метод. Инструментальный.

Научное исследование проходит в несколько этапов: Наблюдение над объектом на основе данных выдвигается гипотеза проводится научный эксперимент (с контрольным опытом) проверенная гипотеза может быть названа теорией или законом.

Уровни организации живой материи. Важными свойствами живых систем являются многоуровневость и иерархическая организация. Выделение уровней организации жизни условно, т. к. они тесно связаны между собой и вытекают один из другого, что говорит о целостности живой природы.

Уровни организации Биологическая система Элементы, образующие систему Молекулярный Органоиды Атомы и молекулы Клеточный Клетка Органоиды Тканевый Ткань Клетки Органный Орган Ткань Организменный Организм Системы органов Популяция Особи Популяционновидовой Биогеоценотически й Биосферный Биогеоценоз (экосистема) Биосфера Популяции Биогеоценозы (экосистемы)

Органические вещества – соединения, содержащие углерод (кроме карбонатов). Между атомами углерода возникают одинарные или двойные связи, на основе которых формируются углеродные цепочки. (нарисовать - линейную, разветвлённую, циклическую) Большинство органических веществ – полимеры, состоящие из повторяющихся частиц – мономеров. Регулярными биополимерами называются вещества, состоящие из одинаковых мономеров, нерегулярными – состоящие из разных мономеров. БИОПОЛИМЕРЫ – природные высокомолекулярные соединения (белки, нуклеиновые кислоты, жиры, сахариды их производные), служащие структурными частями живых организмов и играющие важную роль в процессах жизнедеятельности.

1. 2. 3. 4. 5. Биополимеры состоят из многочисленных звеньев – мономеров, которые имеют достаточно простое строение. Для каждого вида биополимеров характерно определённое строение и функции. Биополимеры могут состоять из одинаковых или из разных мономеров. Свойства полимеров проявляются только в живой клетке. Все биополимеры – это сочетание лишь нескольких типов мономеров, которые дают всё многообразие жизни на Земле.

Лекция 1. Введение в науку биология

1. Предмет биологии. Классификация биологических наук

2. Методы изучения (исследования) биологии

3. Основные свойства живых существ. Определение понятия «жизнь»

4. Уровни организации живого

Предмет биологии. Классификация биологических наук

Термин «биология» образуется из двух греческих слов (bios - жизнь и logos - учение).

Термин был введен в 1802 году двумя естествоиспытателями - Ж.Б. Ламарком и Г.Р. Тревиранусом, независимо друг от друга.

Биология изучает общие закономерности, характерные для всего живого и раскрывающие сущность жизни, ее формы и развитие.

Биология - комплексная наука. Разделы науки биологии классифицируются по следующим направлениям:

1) изучению систематических групп (по объектам исследования). Например, зоология, ботаника, вирусология.

В пределах этих наук имеются узкие направления (или дисциплины). Например, в зоологии выделяют протозоологию, гельминтологию, энтомологию и др.

2) изучению разных уровней организации живого: молекулярная биология, гистология и др.

3) свойствам и проявлениям жизни отдельных организмов. Например, физиология, генетика, экология.

4) связям с другими науками (в результате интеграции наук). Это биохимия, биофизика, биотехнология, радиобиология и др.

Методы изучения биологии

Основными методами, которые используются в биологических науках, являются:

1) наблюдение и описание - самый старый (традиционный) метод биологии. Этот метод широко используется и в наше время (в зоологии, ботанике, цитологии, экологии и др.)

2) сравнение, т.е. сравнительный метод дает возможность найти сходства и различия, общие закономерности в строении организмов.

3) опыт или эксперимент. Например, опыты Г.Менделя или работы И.П.Павлова в физиологии.

4) моделирование - создание определенной модели или процессов и их изучения. Например, моделирование условий и процессов (недоступных наблюдению) происхождения жизни.

5) исторический метод - изучение закономерности появления и развития организмов

Основные свойства живого

Живые существа отличаются от неживых тел целым рядом свойств. К основным свойствам живого относятся:

Специфическая организация.

Живые организмы обладают необходимыми структурами, обеспечивающими их жизнедеятельность.

Специфическая организация живых существ проявляется и в особенности химического состава. Из химических элементов большая доля приходится на кислород, углерод, водород, азот. В сумме они составляют более 98% химического состава. Эти элементы образуют в живых организмах сложные органические соединения - белки, жиры, нуклеиновые кислоты, углеводы, которые не встречаются в неживой природе.

Обмен веществ и энергии.

Организмы постоянно совершают обмен веществ и энергии с окружающей средой - это обязательное условие существования.

Обмен веществ и энергии слагается из 2х процессов:

а) синтеза или ассимиляции, или пластического обмен (с поглощением энергии).

б) распада или диссимиляции, или энергетического обмена (с выделением энергии)

Гомеостаз - поддержание постоянства внутренней среды.

В живых существах протекают сложные саморегулирующиеся процессы, которые идут в строго определенном порядке и направлены на поддержание постоянства внутренней среды (например, на постоянство химического состава). При этом организм находится в состоянии динамического равновесия (т.е. подвижного равновесия), что важно при существовании в меняющихся условиях среды.

Размножение

Размножение - свойство организмов воспроизводить себе подобных. Каждое живое существо имеет ограниченный срок жизни, но, оставляя после себя потомство, обеспечивает непрерывность и приемственность жизни.

Способность к развитию - изменение объектов живой природы.

Индивидуальное развитие (онтогенез) - развитие особи в большинстве случаев начинается от зиготы (оплодотворенной яйцеклетки) или от деления материнской клетки до конца жизни. В ходе онтогенеза происходит рост, дифференцировка клеток, тканей, органов, взаимодействие отдельных частей. Продолжительность жизни особей ограничивается процессами старения, приводящими к смерти.

Филогенез - историческое развитие мира живых организмов.

Филогенез - это необратимое и направленное развитие живой природы, которое сопровождается образованием новых видов и прогрессивным усложнением жизни. Результатом исторического развития является разнообразие живых существ.

Раздражимость.

Раздражимость - способность организма отвечать на воздействия определенными реакциями. Формой проявления раздражимости является движение.

У растений - тропизм (например, изменение положения листьев в пространстве из-за освещенности - фототропизм).

У одноклеточных животных - таксисы.

Реакции многоклеточных на раздражение осуществляются с помощью нервной системы и называются рефлексами.

Наследственность.

Наследственность - свойство организмов передавать из поколения в поколение характерные признаки вида с помощью носителей наследственной информации, молекул ДНК и РНК.

Изменчивость.

Изменчивость - это свойство организмов приобретать новые признаки. Изменчивость создает разнообразный материал для естественного отбора.

На основании свойств живого ученые пытаются дать определение понятию «жизнь». Современному состоянию развития биологии лучше всего соответствует определение жизни, данное ученым - биофизиком М.В. Волькенштейном: «Живые тела представляют собой открытые саморегулирующиеся, самовоспроизводящиеся системы, построенные из полимеров - белков и нуклеиновых кислот и поддерживающие свое существование в результате обмена веществ и энергии с окружающей средой».

В это определение входят признаки живого. Каждая клетка и организм в целом являются системой, т.е. представляют собой совокупность взаимодействующих, упорядоченных структур (органоидов, клеток тканей, органов). Живые существа - это открытые системы, которые находятся в состоянии динамического равновесия с внешней средой. Живые существа осуществляют непрерывный обмен веществ и энергии с окружающей средой (поглощение и выделение, ассимиляция и диссимиляция).

Уровни организации живых существ

Жизнь на Земле представляет собой целостную систему, состоящую из различных структурных уровней организации биологических существ. Выделяют несколько основных уровней организации (разделение имеет условный характер)

Молекулярно генетический.

Биология начинается с молекулярного уровня, т.к. атомный уровень не несет следов биологической специфичности. Этот уровень исследует молекулы ДНК, РНК, белки, гены и их роль в хранении и передаче генетической информации, в обмене веществ и превращении энергии. Биология изучает законы, характерные для этого уровня.

Клеточный.

Структурной, функциональной и генетической единицей живых существ является клетка. Вирусы, будучи неклеточной формой организации живого, проявляют свои свойства как живые организмы только внедрившись в клетки.

На клеточном уровне изучают строение клеток и клеточных компонентов, самовоспроизведение, реализацию наследственной информации, обмен веществ и энергии, происходящих на уровне клетки.

Организменный.

Структурной единицей на этом уровне служит организм, особь. Организм - самостоятельно существующая в среде система. На этом уровне протекают процессы онтогенеза. В ходе онтогенеза реализуется наследственная информация в определенных условиях внешней среды, т.е. формируется фенотип организма данного биологического вида.

Популяционно-видовой.

Элементарной единицей вида является популяция. На этом уровне изучается обмен генетической информации при скрещивании, изменения генетического состава популяций, факторы, влияющие на динамику генетического состава популяций, проблемы сохранения исчезающего вида.

Экосистемный.

Структурной единицей этого уровня являются экосистемы, под которыми понимаются участки земной поверхности с определенными природно-климатическими условиями и связанные с ними сообщества микроорганизмов, животных и растений, которые образуют неразделимый взаимообусловленный комплекс. Этот уровень изучает круговорот веществ и поток энергии, которые связаны с жизнедеятельностью всех живых организмов. Экосистемы составляют биосферу - область распространения жизни на Земле. Выделяют социальный уровень, характерный для человека.

Все уровни организации тесно объединены между собой, что свидетельствует о целостности живой природы. Без биологических процессов, которые осуществляются на этих уровнях, невозможно существование жизни на Земле.

Человек и все человечество - составляющая часть биосферы. Здоровье человека зависит от состояния биосферы, от умения приспосабливаться к меняющимся условиям среды. Если эта способность проявляется недостаточно, то могут возникнуть нарушения, которые затрагивают различные уровни жизни (клеточный, организменный).

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА БОТАНИКИ И ЗАЩИТЫ ЛЕСА

Одобрена: УТВЕРЖДАЮ

Кафедрой ботаники и Декан факультета

Защиты леса _______________Нагимов З.Я.

Протокол №________ _________________ 2008г.

«_____»____________2008г.

Зав.кафедрой__________

методической комиссией

факультета

протокол №___________

от «_____»____________2008г.

Председатель_______________

ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

ВВЕДЕНИЕ В БИОЛОГИЮ

Для направления - специальности - 205201- лесное хозяйство;

205203- садово - парковое и ландшафтное

строительство

Факультет Лесохозяйственный

Курс - 1 семестр - 1

Трудоемкость дисциплины по стандарту -

В том числе: Лекции - 16 час.

Лабораторные - 0

Практические - 16 час.

Контрольные мероприятия: Зачеты - 1 час.

Всего - 64 час.

Составитель: кандидат биологических наук Зотеева Е.А

Екатеринбург 2008

Цели задачи дисциплины, ее место в учебном процессе

Введение в биологию является первой естественно-научной дисциплиной для специальностей 2065201 и 205203, изучаемой на первом курсе.

Цель дисциплины: обеспечить, в соответствии с требованиями учебной программы, необходимый уровень знаний по общебиологическим вопросам для наиболее качественного освоения специальных дисциплин, имеющих биологическую основу.

Задачи дисциплины:

Знакомство студентов с основными общебиологическими проблемами, особенно с вопросами, связанными с разнообразием органического мира, основами эволюционного учения и экологии;

Обеспечение устойчивых знаний по биологии клетки;

Освоение методики микроскопических исследований, создание навыков изготовления и работы с микропрепаратами.

Дисциплины, обеспечивающие изучение данной дисциплины

Так как введение в биорлогию по учебному плану начинает изучаться в первом семестре первого курса и является первой биологической дисциплиной в графике учебных занятий, она базируется лишь на остаточных знаниях, полученных при изучении школьной программы.

Обеспечиваемые дисциплины

Ботаника. Разделы: клеточное строение растений, анатомия растительных тканей, история развития систематики растений, филогенетическое развитие царства растений.

Физиология растений. Разделы: разделы анатомического строения основных органов растений и теоретическое обоснование важнейших физиологических процессов, происходящих в них.

Экология . Разделы: иерархия структурных уровней живой природы, царства живой природы, основы эволюционного учения.

Биология лесных зверей и птиц. Разделы: разнообразие живых организмов, систематика царства животных.

Лесная энтомология. Разделы о циклах развития насекомых разных таксономических групп.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

УЧЕБНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная:

Медников Б.М. Аксиомы биологии. – М.: Знание, 1982.

Пособия по биологии для поступающих в вузы.

П.Кемп, К.Армс. Введение в биологию. – М.: «Мир», 1988. –671 с.

Родионова А.С., Барчукова М.В. Ботаника. – Л., 1990

Дополнительная:

Воронцов Н.Н. Теория эволюции: истоки,постулаты и проблемы. –

М.:Знание, 1984.

Рейвн П., Эверт Р., Айкхорн С. Современная ботаника. – М.: Мир, 1990. Т. 1,2.

Эзау К. Анатомия семенных растений. – М.: Мир, 1980. Т. 1,2.

Ярыгин В.Н., Васильев В.И. и др. Биология.- М.: Высшая школа, 1999.- 448 с.

Методические разработки кафедры:

Зотеева Е.А., Михайлов Ю.Е. Введение в биологию.- Екатеринбург, 2003.- 28 с.

Технические средства обучения:

1. Оборудование для микроскопических исследований.

Количество часов: основной поток

	Количество лекционных часов	Количество часов практических занятий	Контрольные работы
Биология как наука о живом. Понятие «живого ». Основные признаки и свойства живых организмов. Разнообразие и классификация живых организмов. Принципы классификации. Структурные и функциональные классификации. Царства природы и их характеристика. «Система живой природы».
Структурные уровни организации жизни. Клеточный уровень организации. Клетка прокариотическая и эукариотическая. Основные черты строения прокариотической клетки. Структура и разнообразие эукариотической клетки. Клеточные органеллы. Отличительные признаки клеток животных и растительных. Одноклеточные и многоклеточные организмы. Переход к многоклеточности в онтогенезе и филогенезе.
Эволюция органического мира. Понятие «биогенеза» . Этапы биогенеза. Биологическая эволюция биосферы. Концепция развития в биологии. Теории К.Линнея, Ж.Б.Ламарка, Ж.Кювье, Ч.Дарвина и А.Уоллеса.
Синтетическая теория эволюции (СТЭ). Основные понятия и положения СТЭ. Представление об эементарных эволюционных явлениях и факторах. Понятия «популяции », «мутации », «волн жизни », «изоляций », «естественного отбора ».
Палеонтологическая летопись органического мира. Представление о палеонтологических остатках. Этапы геологического развития Земли. Геохронологическая шкала.

Перечень лабораторных работ :

Контрольная работа 1. Клеточный уровень организации жизни. Клеточная теория, разнообразие клеток. Структура и отличительные черты прокариотической и эукариотической клеток. Переход к многоклеточности в онтогенезе и филогенезе. Основные теории.

Контрольная работа 2. Этапы развития идеи эволюции. Основные эволюционные теории (К.Линней, Ж.-Б.ламарк, Ч.Дарвин) Основные положения СТЭ. Элементарные эволюционные явления и факторы.

Биология - наука о жизни. В настоящее время она представляет собой комплекс наук о живой природе. Объектом изучения биологии являются живые организмы - растения и животные. и изучают многообразие видов, строение тела и функции органов, развитие, распространение, их сообщества, эволюцию.

Первые сведения о живых организмах начал накапливать еще первобытный человек. Живые организмы доставляли ему пищу, материал для одежды и жилища. Уже в то время человек не мог обойтись без знаний о свойствах растений, местах их произрастания, сроках созревания плодов и семян, о местах обитания и повадках животных, на которых охотился, хищниках и ядовитых животных, которые могли угрожать его жизни.

Так постепенно накапливались сведения о живых организмах. Приручение животных и начало возделывания растений потребовали более глубоких сведений о живых организмах.

Первые основатели

Значительный фактический материал о живых организмах был собран великим врачом Греции - Гиппократом (460-377г. до н.э.). Им собраны сведения о строении животных и человека, дано описание костей, мышц, сухожилий, головного и спинного мозга.

Первый большой труд по зоологии принадлежит греческому естествоиспытателю Аристотелю (384-322г. до н.э.). Он описал более 500 видов животных. Аристотель интересовался строением и образом жизни животных, он заложил основы зоологии.

Первая работа по систематизации знаний о растениях (ботаника ) выполнена Теофрастом (372-287г. до н.э.).

Расширением знаний о строении человеческого тела (анатомия) древняя наука обязана врачу Галену (130-200г. до н.э.), производившему вскрытия обезьян и свиней. Труды его оказывали влияние на естествознание и медицину в течение нескольких веков.

В эпоху средневековья под гнетом церкви наука развивалась очень медленно. Важным рубежом в развитии науки явилась эпоха Возрождения, начавшаяся в XVв. Уже в XVIIIв. развивались как самостоятельные науки ботаника, зоология, анатомия человека, физиология.

Основные вехи в изучении органического мира

Постепенно накапливались сведения о многообразии видов, строении тела животных и человека, индивидуальном развитии, функциях органов растений и животных. На протяжении многовековой истории биологии крупнейшими вехами в изучении органического мира можно назвать:

Введение принципов систематики, предложенных К.Линнеем;
изобретение микроскопа;
создание Т.Шванном клеточной теории;
утверждение эволюционного учения Ч.Дарвина;
открытие Г.Менделем основных закономерностей наследственности;
применение электронного микроскопа для биологических исследований;
расшифровка генетического кода;
создание учения о биосфере.

К настоящему времени науке известно около 1 500 000 видов животных и около 500 000 видов растений. Изучение многообразия растений и животных, особенностей их строения и жизнедеятельности имеет большое значение. Биологические науки являются базой для развития растениеводства, животноводства, медицины, бионики, биотехнологии.

Одними из древнейших биологических наук являются анатомия и физиология человека, составляющие теоретический фундамент медицины. Каждому человеку следует иметь представление о строении и функциях своего организма, чтобы в случае необходимости уметь оказать первую помощь, сознательно беречь свое здоровье и выполнять гигиенические правила.

На протяжении веков ботаника, зоология, анатомия, физиология разрабатывались учеными как самостоятельные, изолированные науки. Лишь в XIXв. были обнаружены закономерности, общие для всех живых существ. Так возникли науки, изучающие общие закономерности жизни. К ним относятся:

Цитология - наука о клетке;
генетика - наука об изменчивости и наследственности;
экология - наука о взаимоотношениях организма со средой и в сообществах организмов;
дарвинизм - наука об эволюции органического мира и другие.

В учебном курсе они составляют предмет общей биологии.