Прикладные науки:

• биотехнология — совокупность методов получения полезных для человека продуктов и явлений с помощью живых организмов;

• бионика — разработка технических устройств по подобию живых систем, растениеводство, животноводство, ветеринария и др.

Задачи биологии

Они состоят в изучении закономерностей проявления жизни (строения и функции живых организмов и их сообществ, распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и неживой природой); раскрытии сущности жизни; систематизации многообразия живых организмов.

Методы биологических исследований

Современная биология располагает широким набором методов исследования. Основные из них следующие:

• метод наблюдения и описания — заключается в сборе и описании фактов;

• метод измерений — использует измерения характеристик объектов;

• сравнительный метод — основан на анализе сходства и различий изучаемых объектов;

• исторический метод — изучает ход развития исследуемого объекта;

• метод эксперимента — дает возможность изучать явления природы в заданных условиях;

• метод моделирования — позволяет описывать сложные природные явления с помощью относительно простых моделей.

Связь биологии с другими науками

Биология тесно связана с фундаментальными науками (математикой, физикой, химией), естественными (геологией, географией, почвоведением), общественными (психологией, социологией), прикладными (биотехнологией, бионикой, растениеводством, охраной природы) и входит в комплекс естественных наук, т.е. наук о природе.

Значение биологии

Биология является теоретической основой таких наук, как медицина, психология, социология. Биологические знания используются в пищевой промышленности, фармакологии, сельском, лесном и промысловом хозяйстве. Достижения биологии используются при решении глобальных проблем современности: взаимоотношения общества с окружающей средой, рационального природопользования и охраны природы, продовольственного обеспечения.

2. Определение жизни. Процессы, характерные для живого.

1. Жизнь - способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ, прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка. (Фридрих Энгельс)

2. Жизнь - живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот. (М. В. Волькенштейн)

3. Жизнь – это особая, качественно отличная от неорганического мира форма движения материи, и организмам присущи особые, специфически биологические свойства и закономерности, не сводимые только законами, царящим в неорганической природе. (Опарин)

Процессы, характерные для живого

А) Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты не живой природы. В живых организмах 98% химического состава приходится на четыре элемента: углерод, кислород, азот и водород.

Б) Обмен веществ и энергии –это использование внешних источников энергии в виде пищи, света и др. Основу обмена веществ составляют взаимосвязанные процессы ассимиляции, т.е. процессы синтеза веществ в организме, и диссимиляции, в результате которых сложные вещества и соединения распадаются на простые и выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза.

В) Самовоспроизведение. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, которое обусловлено информацией, заложенной в нуклеиновой кислоте ДНК. Самовоспроизведение тесно связано с явлением наследственности: любое живое существо рождает себе подобных.

Г) Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Она обусловлена относительной стабильностью, т.е. постоянством строение ДНК.

Д) Изменчивость –это приобретение организмами новых признаков и свойств. В основе наследственной изменчивости лежат изменения биологических матриц – молекул ДНК. Изменчивость приводит к появлению новых форм жизни, новых видов живых организмов.

Е) Способность к росту и развитию – свойство организма увеличиваться в размерах и массе с сохранением общих черт строения. Рост сопровождается развитием. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта.

Ж) Раздражимость. Это свойство выражается реакциями живых организмов на внешнее воздействие. Благодаря раздражимости организмы избирательно реагируют на условия окружающей среды.

З) Дискретность – всеобщее свойство материи. Любая биологическая система состоит из отдельных, но тем не менее взаимодействующих частей, образующих структурно-функциональное единство.

3. Критерии живого (раздражимость, самовоспроизведение, приспособленность и др.).

А) Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты не живой природы. В живых организмах 98% химического состава приходится на четыре элемента: углерод, кислород, азот и водород.

Б) Обмен веществ и энергии (метаболизм) – это использование внешних источников энергии в виде пищи, света и др. Основу обмена веществ составляют взаимосвязанные процессы ассимиляции, т.е. процессы синтеза веществ в организме, и диссимиляции, в результате которых сложные вещества и соединения распадаются на простые, и выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза.

В) Самовоспроизведение. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, которое обусловлено информацией, заложенной в нуклеиновой кислоте ДНК. Самовоспроизведение тесно связано с явлением наследственности: любое живое существо рождает себе подобных.

Г) Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Она обусловлена относительной стабильностью, т.е. постоянством строение ДНК.

Д) Изменчивость – это приобретение организмами новых признаков и свойств. В основе наследственной изменчивости лежат изменения биологических матриц – молекул ДНК. Изменчивость приводит к появлению новых форм жизни, новых видов живых организмов.

Е) Способность к росту и развитию – свойство организма увеличиваться в размерах и массе с сохранением общих черт строения. Рост сопровождается развитием. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта.

Ж) Раздражимость. Это свойство выражается реакциями живых организмов на внешнее воздействие. Благодаря раздражимости организмы избирательно реагируют на условия окружающей среды.

З) Дискретность – всеобщее свойство материи. Любая биологическая система состоит из отдельных, но тем не менее взаимодействующих частей, образующих структурно-функциональное единство.

4. Уровни системной организации живой материи. Характеристика молекулярно-генетического уровня.

"Уровни организации жизни" — иерархически соподчинённые уровни организации биосистем, отражающие уровни их усложнения.

1. молекулярный,

2. клеточный,

3. органно-тканевой,

4. организменный,

5. популяционно-видовой,

6. биогеоценотический,

7. биосферный.

Характеристика молекулярно-генетического уровня

Молекулярно-генетический уровень является тем уровнем организации живой материи, на котором совершался переход от атомно-молекулярного уровня неживой материи к макромолекулам живой.

Знание этого уровня организации живого необходимо для понимания жизненных явлений, происходящих на всех других уровнях организации жизни.

Это уровень функционирования биополимеров, таких как белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и другие важнейшие органические соединения, положившие начало основным процессам жизнедеятельности.

На этом уровне организации живой материи элементарными структурными единицами являются гены. Вся наследственная информация у живых организмов заложена в молекулах ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты). Реализация этой информации связана с участием молекул РНК (рибонуклеиновые кислоты).

С молекулярными структурами связано хранение, изменение и реализация наследственной информации, то есть передача ее из поколения в поколение. Поэтому этот уровень и называют молекулярно-генетическим. РНК и ДНК были выделены из ядер клеток и поэтому получили название нуклеиновых, то есть ядерных, кислот.

В этих кислотах имеются углеводные компоненты: Д-дезоксирибоза в ДНК и Д-рибоза в РНК, отсюда и название этих нуклеиновых кислот.

На молекулярно-генетическом уровне важнейшей задачей современной биологии является исследование механизмов передачи генной информации, наследственности, а также изменчивости.

Одним из важнейших механизмов изменчивости на молекулярном уровне является механизм мутации генов, то есть их непосредственное преобразование под воздействием внешних факторов, вызывающих мутации (появление мутагенов), это – вирусы, радиация, токсические химические соединения.

Механизмом изменчивости может быть и рекомбинация генов, то есть создание новых их комбинаций. Этот процесс свойствен половому размножению у высших организмов. При нем не происходит изменения общего объема генетической информации. Этот механизм называется классическим.

В других так называемых неклассических случаях рекомбинация может сопровождаться увеличением информации генома клетки. В этом случае фрагменты хромосомы клетки-донора включаются в хромосому принимающей клетки. Они могут оставаться в скрытом, латентном, состоянии некоторое время, а также соединяться с принимающей клеткой (клеткой-реципиентом), когда под действием внешних факторов они становятся активными.

5. Уровни системной организации живой материи. Характеристика организменного уровня.

"Уровни организации жизни" — иерархически соподчинённые уровни организации биосистем, отражающие уровни их усложнения.

1. молекулярный,

2. клеточный,

3. органно-тканевой,

4. организменный,

5. популяционно-видовой,

6. биогеоценотический,

7. биосферный.

Характеристика организменного уровня

Онтогенетический уровень организации живой материи включает в себя как одноклеточные, так и многоклеточные организмы. Это более высокий и сложный комплексный уровень организации живого на Земле. Сам термин «онтогенез» означает индивидуальное развитие организмов, охватывающее все изменения от зарождения до смерти. Термин был впервые введен в биологию немецким биологом Э. Геккелем в 1866 г, который в сформулированном им биологическом законе указывает на то, что каждый отдельный организм в своем индивидуальном развитии повторяет в сокращенной форме историю своего вида.

Основной жизненной единицей на этом уровне является особь, а элементарным явлением – онтогенез. На этом уровне развития живого идет декодирование, а также реализация генетической и наследственной информации, завершающиеся становлением дефинитивной организации. Идет проявление фенотипических признаков, служащих материалом для естественного отбора. На этом уровне создаются особенности как структурные, изучаемые микро – и макроморфологией, так и функциональные, которые составляют предмет изучения физиологии, биофизики и биохимии.

Особенно важное значение для изучения функционирования и развития многоклеточных организмов имеет физиология. Она изучает механизмы действия различных функций живого организма, их связь, регуляцию и адаптацию к внешней среде, а также эволюционное развитие особи. Многоклеточные организмы состоят из тканей и органов.

Ткани представляют собой совокупность клеток и межклеточного вещества. В растениях это образовательная, основная, защитная и проводящая ткань. Ткани у животных – это эпителиальная, мышечная, соединительная и нервная.

Органы – это сравнительно крупные функциональные единицы, объединяющие ткани в определенные физиологические комплексы. Органы в свою очередь входят в состав более крупных единиц, систем организма. Это пищеварительная, нервная, сердечно-сосудистая, дыхательная системы и т. д.

6. Уровни системной организации живой материи. Характеристика популяционно-видового уровня.

"Уровни организации жизни" — иерархически соподчинённые уровни организации биосистем, отражающие уровни их усложнения.

1. молекулярный,

2. клеточный,

3. органно-тканевой,

4. организменный,

5. популяционно-видовой,

6. биогеоценотический,

7. биосферный.

Характеристика популяционно-видового уровня.

Это уже надорганизменный уровень, единицей которого является популяция. Именно популяции являются реальными системами, посредством которых существуют виды живых организмов. На этом уровне изменения, возникающие на первых трех уровнях, приводят к существенным эволюционным преобразованиям (микроэволюциям) за счет выработки новых адаптивных норм (признаков) и связанных с ними процессов видообразования.

Популяции являются генетически открытыми системами. Хотя они обладают некоторой относительной изоляцией, все же периодически они имеют возможность обмена генетической информацией. Именно популяции выступают в качестве элементарных единиц эволюции. Изменения их генофонда приводят к появлению новых видов. Популяциям свойственна активная и пассивная подвижность, что определяет постоянное перемещение особей. Популяции имеют способность к самостоятельному существованию, однако им свойственно и объединение. Объединяясь на определенной территории, они образуют биоценозы.

7. Уровни системной организации живой материи. Характеристика биосферного уровня.

"Уровни организации жизни" — иерархически соподчинённые уровни организации биосистем, отражающие уровни их усложнения.

1. молекулярный,

2. клеточный,

3. органно-тканевой,

4. организменный,

5. популяционно-видовой,

6. биогеоценотический,

7. биосферный.

Характеристика биосферного уровня.

Как правило, биоценозы состоят из нескольких популяций и являются компонентами уже более сложной биологической системы – биогеоценоза. Биогеоценоз представляет собой единство живого (биоценоза) и неживого, то есть определенного участка земной поверхности (биотопа). Биогеоценоз – это подвижная, открытая, развивающаяся система. Она постоянно обменивается веществом и энергией с другими биогеоценозами и с окружающим пространством.

Биогеоценоз как целостная саморегулирующаяся система состоит из нескольких подсистем.

Это первичные системы – продуценты. Они перерабатывают неживую материю, превращая ее в органическое вещество своих тел (растения, водоросли, некоторые микроорганизмы).

Вторичные системы представлены консументами, которые получают энергию за счет органического вещества, синтезированного продуцентами (все травоядные животные).

Далее идут консументы второго порядка – хищники.

Живые организмы после своего отмирания (органический детрит) перерабатываются редуцентами, то есть микроорганизмами, разлагающими остатки органической материи до минеральных веществ. Эти вещества, попадая в почву, вновь используются растениями, и круговорот веществ замыкается. Следовательно, в биогеоценозе происходит круговорот веществ, в котором живые организмы являются главной движущей силой.

Устойчивость и саморегуляция биогеоценозов увеличивается пропорционально разнообразию составляющих его элементов. Выпадение одного или нескольких компонентов биогеоценоза может привести к необратимому нарушению равновесия и к его гибели. Это указывает на тесную взаимосвязь организмов всех уровней в биогеоценозе посредством пищевых цепей и пищевых сетей. В связи с этим высокоорганизованные организмы не могут существовать без более простых.

Совокупность всех биогеоценозов планеты образует биосферу. Биосферный уровень организации живого – это наивысший уровень, охватывающий все явления жизни на Земле. Живое вещество планеты (совокупность всех живых организмов на планете, в том числе и человека) и преобразованная им окружающая среда – это и есть биосфера. Следовательно, биосферный уровень объединяет все другие уровни организации жизни на Земле. На этом уровне протекают вещественно-энергетические круговороты, вызванные жизнедеятельностью организмов и образующие в сумме большой биосферный круговорот.

Учение о биосфере разработал В. И. Вернадский. Он доказал тесную связь органического мира на планете как единого нераздельного целого с геологическими процессами. Благодаря биогенной миграции атомов живое вещество выполняет свои геохимические функции и является мощной геологической силой.

8. Современная система живых организмов. Понятие о естественных и искусственных системах.

Систематика – раздел биологии, занимающийся описанием, обозначением и классификацией существующих и вымерших организмов по таксонам. Классификация – распределение всего множества живых организмов по определенной системе иерархически соподчиненных групп – таксонов. Таксономия – раздел систематики, разрабатывающий теоретические основы классификации. Таксон – искусственно выделенная человеком группа организмов, связанных той или иной степенью родства, достаточно обособленная, чтобы ей можно было присвоить определенную таксономическую категорию того или иного ранга. Наименьшая таксономическая единица – вид.

В современной систематике живых организмов существует следующая иерархия таксонов: царство, отдел (тип в систематике животных), класс, порядок (отряд в систематике животных), семейство, род, вид. Кроме того, выделяют промежуточные таксоны: над- и подцарства, над- и подотделы и т.д. Систематика живых организмов постоянно изменяется и обновляется. Основные крупные таксоны живых организмов приведены ниже.

Неклеточные формы

Царство ВИРУСЫ

Клеточные формы – надцарство Прокариоты (безъядерные) и надцарство Эукариоты (с оформленным ядром)

Надцарство Прокариоты

• Царство АРХЕБАКТЕРИИ (ДРЕВНИЕ БАКТЕРИИ)

• Царство ЭУБАКТЕРИИ (НАСТОЯЩИЕ БАКТЕРИИ)

• Царство ПРОКАРИОТИЧЕСКИЕ ВОДОРОСЛИ:

1. отдел Цианобактерии,

2. отдел Прохлорофиты

Надцарство Эукариоты

• Царство ГРИБЫ

– подцарство Слизевики:

1. отдел Миксомицеты

– подцарство Грибы:

1. отдел Хитридиомицеты,

2. отдел Оомицеты,

3. отдел Зигомицеты,

4. отдел Аскомицеты или Сумчатые грибы,

5. отдел Базидиомицеты,

6. отдел Дейтеромицеты или Несовершенные грибы

– Лишайники

• Царство РАСТЕНИЯ

– подцарство Багрянки:

1. отдел Красные водоросли

– подцарство Настоящие водоросли:

1. отдел Зеленые водоросли,

2. отдел Золотистые водоросли,

3. отдел Желто-зеленыеводоросли,

4. отдел Диатомовые водоросли,

5. отдел Бурые водоросли,

6. отдел Пирофитовые водоросли,

7. отдел Эвгленовыеводоросли

– подцарство Высшие растения:

1. отдел Моховидные,

2. отдел Риниовидные,

3. отдел Плауновидные,

4. отдел Хвощевидные,

5. отдел Папоротниковидные,

6. отдел Голосемянные,

7. отдел Покрытосемянные (класс Однодольные, класс Двудольные)

• Царство ЖИВОТНЫЕ

– подцарство Одноклеточные:

1. тип Саркомастигофоры (класс Жгутиконосцы, класс Саркодовые),

2. тип Споровики,

3. тип Инфузории

– подцарство Многоклеточные:

1. тип Губки,

2. тип Кишечнополостные (классы Гидроидные полипы, Сцифоидные полипы, Коралловые полипы),

3. тип Гребневики, тип Плоские черви (классы Моногенетические сосальщики, Трематоды, Ленточные черви),

4. тип Круглые черви (классы Нематоды, Волосатики, Скребни, Коловратки),

5. тип Кольчатые черви (классы Многощетинковые черви, Малощетинковые черви, Пиявки),

6. тип Членистоногие (классы Ракообразные, Мечехвосты, Паукообразные, Многоножки, Насекомые),

7. тип Моллюски (классы Брюхоногие, Двустворчатые, Головоногие),

8. тип Иглокожие (классы Морские лилии, Морские звезды, Морские ежи, Голотурии),

9. тип Хордовые (подтип Оболочники, подтип Бесчерепные и подтип Позвоночные, включающий классы – Круглоротые, Хрящевые рыбы, Костные рыбы, Земноводные, Пресмыкающиеся, Птицы, Млекопитающие).

Понятие о естественных и искусственных системах.

Существуют искусственные, естественные и генеалогические системы растений. Искусственные системы строятся на основе одного или нескольких случайно взятых признаков. Наиболее известная из них - система Лин­нея. Растительный мир был разделен им на 24 класса на основе количества тычинок и особенностей тычиночного комплекса. К достоинствам этой системы можно отнести возможность ее применения на практике для узнавания растений в природе. Карл Линней впервые дал понятие рода и вида, ввел бинарную номенклатуру, описал около 10 тыс. видов, распре­делив их в 1000 с лишним родов. Этот его труд не утратил своего зна­чения до настоящего времени. Но вместе с тем система Линнея была ис­кусственной, поэтому в один класс попадали растения, весьма далекие друг от друга, например, рис и капуста, т.к. они имеют по 6 тычинок. В отличие от искусственных систем, естественные системы учитывают при классификации сходство и различия по многим признакам одновременно. Первая из таких систем создана Антуаном Жюссье в конце 18 века (1789 г). В ней он выделяет естественные группы двудольных, однодольных, хвойных и бессемядольных (грибы, водоросли)Идея развития от простого к сложному, т.е. зачатки эволюционной теории были положены в основу некоторых додарвиновских систем. Такова система Ламарка, а также система русского ботаника П. Ф. Горянинова (1834 г.), который считал, что родственные таксоны имеют общее проис­хождение. Система Горянинова начинается с грибов и достаточно пра­вильно с современной точки зрения располагает отделы высших растений в порядке их возникновения и развития.

В основе всех естественных систем лежит представление о неизмен­ности видов. В конце 19 века после внедрения эволюционной теории Дарвина появились генеалогические системы. Они построены на филогенетической основе, т.е. учитывают историческое родство организ­мов. Различают эволюционные системы, отражающие конечные результаты эволюционного развития, и филогенетические системы, отражающие сам процесс филогенеза, т.е. возникновения таксонов в ходе эволюции. В конце 19 века появилась и получила широкое распространение система А. Энглера. В ее основе лежит представление о первичности бес­покровных однополых цветков, что в настоящее время оспаривается. Тем не менее, она является единственной системой, разработанной до уровня вида, поэтому применяется до настоящего времени: в большинстве гербариев мира растения расположены по этой системе, 30-томник "Флора СССР" также был издан на основе этой системы.

Еще в 1875 году А. Браун выдвинул идею примитивности цветков маг­нолиевых и вторичности безлепестных цветков. Эта идея легла в основу многих современных систем: Ч. Бесси, Х. Гоби, Дж. Хатчинсона (начало 20 века). Несколько особняком стоит система А.А. Гроссгейма, в которой нет деления на классы однодольных и двудольных, что очень спорно.

Вышеназванные системы касаются покрытосеменных. Общепринятой сис­темы до сих пор не существует. Нами в курсе систематики покрытосемен­ных используется система А.Л. Тахтаджяна.

Для создания современных систем применяются различные методы: сравнительно-морфологический, сравнительно-анатомический, сравнитель­но-эмбриологический, палинологический, географический, эколого-гене­тический, кариологический, гибридологический, цитологический, сероди­агностический, хемотаксономический, палеоботанический и др.

10. Характеристика Царства растений. Особенности строения и жизнедеятельности растительных организмов. Высшие споровые растения.

Высшие растения делят на две группы — высшие споровые, споровые размножаются спорами, и семенные растения, которые размножаются семенами. Споровые — более древние наземные растения, чем семенные. Они имеют все признаки высших растений, у них не всегда достигают полного развития ткани и органы, пример, проводящая ткань ксилема у всех высших споровых состоит из удлиненных мертвых клеток, а не из сосудов. Еще одной особенностью споровых является то, что размножение, как и у водорослей, связано с водой. Вода необходима для движения мужских гамет — сперматозоидов, имеющих жгутики, неподвижным женским гаметам — яйцеклеткам. При этом гаметы используют воду дождей и россы. Поэтому высшие споровые растения распространены во влажных местах.

Классификация высших споровых растений

• Хвощеобразные

• Плаунообразные

• Мохообразные

• Папоротникообразные.

В жизненном цикле высших споровых растений, как и у некоторых водорослей, чередуются особи бесполового и полового поколений, которые размножаются, соответственно, бесполым и половым путем. В полном жизненном цикле, который обеспечивает непрерывность жизни организмов, происходит чередование гаметофита (полового) и спорофита (бесполого поколения). На спорофите образуются органы бесполого размножения, на гаметофите – полового.

Высшие споровые растения после выхода на сушу в ходе эволюции претерпевали метаморфозы в двух направлениях. Так сформировались две крупные эволюционные группы – гаплоидная и диплоидная. К первой ветви относятся мхи, у которых лучше развит гаметофит, а спорофит занимает подчиненное положение. К диплоидной ветви принадлежат папоротники, хвощи и плауны. У них гаметофит редуцирован, и выглядит как заросток.

Половые органы развиваются на половом поколении. Мужские половые органы - антеридии - образование овальной формы, внутри которых развиваются подвижные сперматозоиды (жгутиковые мужские половые клетки) женские половые органы - архегонии, колбоподибнои формы, у них развивается неподвижная женская половая клетка - яйцеклетка. Для оплодотворения сперматозоид должен попасть во внешнюю среду и оплодотворить яйцеклетку, что находится внутри архегонии. Для перемещения сперматозоида необходима вода. С оплодотворенной яйцеклетки образуется зародыш. Он прорастает и превращается во взрослую особь неполового поколения (спорофит), которая размножается спорами, которые образуются на ней в спорангиях. Особи полового и неполового поколения очень отличаются между собой по строению.

Распространены они в разных климатических зонах. Однако большинство живет на влажных участках суши, хотя некоторые виды этих растений встречаются и в сухих борах, и даже в пустынях.

Отдел Моховидные. В этот отдел входит более 25 тыс. видов. Корней нет. Спорофит самостоятельно не существует, развивается и всегда находится гаметофите, получая от него воду и питательные вещества. Спорофит представляет собой коробочку, где развивается спорангий на ножке. Отдел включает класс листостебельные мхи, класс печеночники и антоцеротовые.

Отдел Плауновидные – очень древняя группа, к которой относятся как ископаемые, так и ныне живущие растения. Имеют длинные стелющиеся дихотомически ветвящиеся побеги, густо усаженные жесткими мелкими листьями.

Отдел хвощевидные. Многолетние травы лугов, болот, лесов и полей. От корневищ отходят придаточные корни и надземные побеги, имеющие типичное членистое строение. От узлов отходят мутовки бурых чешуйчатых листьев, сросшихся в трубчатое влагалище, и мутовки боковых побегов.

Отдел папоротниковидные. Преобладание долговечного листостебельного спорофита над эфемерным примитивным гаметофитом, наличие у спорофита крупных, обычно перисто-рассеченных, сложно устроенных листьев – вай, расположение спорангиев группами (сорусами) на нижней стороне листьев.

11. Характеристика Царства растений. Особенности строения и жизнедеятельности растительных организмов. Высшие семенные растения.

Семенные растения подразделяют на 2 отдела: голосеменные (Pinophyta, Gymnospermae), размножающиеся семенами, но не образующие плодов, и покры- тосеменные (Angiospermae, Magnoliophyta), имеющие семена, заключенные в плоды.

Семя - новый орган, возникший в процессе эволюции для размножения растений. Семя содержит зародыш будущего растения - спорофита. В состав зародыша входят зародышевый корешок, стебелек, почечка и зародышевые листья (семядоли). Зародыш защищен семенной кожурой и имеет запас питательных веществ; в отличие от этого в одноклеточной споре запас питательных веществ небольшой и она быстро теряет всхожесть. Семя имеет приспособления для расселения, проходит период покоя при прорастании, т.е. процесс прорастания наступает при более благоприятных условиях.

Половой процесс у семенных растений не связан с капельножидкой средой. Благодаря такой независимости они получили возможность расселиться по всей поверхности Земли и стать господствующей группой растений.

Важным прогрессивным приспособлением, исключающим зависимость процесса оплодотворения от водной среды, явилось возникновение в процессе эволюции пыльцевой трубки, доставляющей мужские гаметы к яйцеклетке.

[Основные признаки семенных растений, как наиболее приспособленных к существованию на суше.

1. Распространение семенных растений по всему земному шару и заселение ими всех существующих сред обитания.

2. Современные семенные растения представлены всеми жизненными формами.

3. Наличие высокоспециализированных проводящих тканей.

4. Семенные растения разноспоровые, они имеют два типа спор. Мегаспоры развиваются в мегаспорангии (нуцеллусе), микроспоры формируются в микроспорангиях, образующихся в пыльнике.

5. Размножение осуществляется семенами, внутри которых находятся зародыш нового спорофита и запас питательных веществ для его развития.

6. Процесс оплодотворения не зависит от наличия воды. Мужские гаметы (спермии) проникают к яйцеклетке через пыльцевую трубку.

7. В жизненном цикле семенных растений полностью доминирует спорофит и происходит дальнейшая редукция не только мужского, но и женского гаметофита, существование которого полностью зависит от спорофита.]

14. Характеристика Царства животных. Особенности животного типа организации. Позвоночные животные.

Позвоночные — подтип хордовых животных. Доминирующая (наряду с насекомыми) на земле и в воздушной среде группа животных.

По сравнению с низшими хордовыми — бесчерепными и оболочниками — они характеризуются значительно более высоким уровнем организации, что наглядно выражено как в их строении, так и в физиологических отправлениях. Если низшие хордовые ведут сидячий (прикреплённый) или малоподвижный образ жизни, то поведение позвоночных несравненно более сложно. Среди них нет видов с сидячим образом жизни; они перемещаются в широких пределах, активно разыскивая и захватывая пищу, спасаясь от преследования врагов, разыскивая для размножения особей другого пола. Активному образу жизни представителей подтипа отвечает высокий уровень развития их нервной системы.

Активные перемещения обеспечивают позвоночным животным возможность смены мест обитания в зависимости от изменений условий существования и потребностей на разных этапах их жизненного цикла, например при развитии, половом созревании, размножении, зимовках и т. д.

Нервная система значительно более дифференцирована, чем у низших хордовых. У всех позвоночных имеется достаточно сложно устроенный головной мозг, развивающийся из трёх пузыревидных вздутий переднего конца нервной трубки и защищённый черепом. Функционирование головного мозга обусловливает высшую нервную деятельность — основу приспособительного поведения. Для позвоночных характерно наличие разнообразных и сложно устроенных органов чувств, служащих основной связью между живым организмом и внешней средой.

С развитием головного мозга и органов чувств связано возникновение черепа, служащего надёжным футляром для этих крайне нежных и важных органов. В качестве осевого скелета взамен хорды у подавляющего большинства животных функционирует более совершенное и прочное образование — позвоночный столб, который выполняет роль не только опорного стержня тела, но и футляра, заключающего в себе спинной мозг.

В области переднего отдела кишечной трубки возникают подвижные части скелета, из которых формируется ротовой, а у огромного большинства видов — челюстной аппарат, обеспечивающие схватывание и удержание пищи, а у высших позвоночных — и измельчение её.

Эволюционная продвинутость позвоночных по сравнению с низшими хордовыми определяется признаками, связанными с тремя типами тканей: вентральным гипомером, плакодами и клетками нервного гребня. Вентральный гипомер образует мускулатуру рта, глотки, сердца и кишечника. Плакоды участвуют в формировании парных сенсорных органов головы и боковой линии. Клетки нервного гребня дают начало меланоцитам, висцеральным дугам, черепу и прочим элементам скелета, а также ганглиям черепных и спинальных нервов.

17. Вирусы – неклеточная форма жизни. Особенности строения и жизнедеятельности вирусов.

Вирусы открыты Д.И.Ивановским (1892 г., вирус табачной мозаики).

Вирусы – это внутриклеточные паразиты, они могут жить и размножаться только в живых клетках. Вирусы паразитируют на клетках организмов всех царств живой природы. Вирусы бактерий называются бактериофаги.

Если вирусы выделить в чистом виде, то они существуют в форме кристаллов (у них нет собственного обмена веществ, размножения и других свойств живого). Из-за этого многие ученые считают вирусы промежуточной стадией между живыми и неживыми объектами.

Вирусы – это неклеточная форма жизни. Полностью сформированные вирусные частицы (вирионы) – это не клетки:

• вирусы гораздо меньше клеток;

• вирусы гораздо проще клеток по строению – состоят только из нуклеиновой кислоты (сердцевина вируса) и белковой защитной оболочки, состоящей из множества одинаковых молекул белка, у некоторых вирусов (герпес, грипп) есть дополнительная оболочка, образовавшаяся из плазматической мембраны клетки –хозяина.

• Оболочка вирусов строится из повторяющихся субъединиц – капсомеров; из капсомеров образуются структуры с высокой степенью симметрии, способные кристаллизоваться.

• вирусы содержат либо ДНК (бактериофаги и аденовирусы (герпес, оспа), либо РНК (энтеровирусы (грипп, бешенство, табачная мозайка) и ретровирусы (онкогенные, СПИД и ВИЧ).

Синтез компонентов вируса:

• В нуклеиновой кислоте вируса содержится информация о вирусных белках. Клетка делает эти белки сама, на своих рибосомах.

• Нуклеиновую кислоту вируса клетка размножает сама, с помощью своих ферментов.

• Затем происходит самосборка вирусных частиц.

Жизненный цикл:

Попав внутрь клетки – хозяина некоторые вирусы не реплицируются, нуклеиновая кислота включается в ДНК хозяина; она может оставаться некоторое время (или некоторые поколения)

Значение вирусов:

• вызывают инфекционные заболевания (грипп, герпес, СПИД и т.д.)

• некоторые вирусы могут встраивать свою ДНК в хромосомы клетки-хозяина, вызывая мутации.

18. Гипотезы происхождения жизни. Характеристика одной из гипотез (по выбору студента).

В настоящее время существует пять гипотез возникновения жизни:

1. Креационизм – гипотеза, утверждающая, что жизнь создана сверхъестественным существом в результате акта творения, то есть Богом.

2. Гипотеза стационарного состояния, согласно которой жизнь существовала всегда.

3. Гипотеза самопроизвольного зарождения жизни, которая основывается на идее многократного возникновения жизни из неживого вещества.

4. Гипотеза панспермии, согласно которой жизнь была занесена на Землю из космического пространства.

5. Гипотеза исторического происхождения жизни путем биохимической эволюции.

Гипотеза происхождения жизни в историческом прошлом в результате биохимической эволюции а. И. Опарина

С точки зрения гипотезы А. Опарина, а также с позиций современной науки возникновение жизни из неживого вещества произошло в результате естественных процессов во Вселенной при длительной эволюции материи. Жизнь есть свойство материи, которое появилось на Земле в определенный момент ее истории. Это результат процессов, протекающих сначала многие миллиарды лет в масштабе Вселенной, а потом сотни миллионов лет на Земле.

А. Опарин выделил несколько этапов биохимической эволюции, конечной целью которых явилась примитивная живая клетка. Эволюция шла по схеме:

1. Геохимическая эволюция планеты Земля, синтез простейших соединений, таких как СО₂,1 ч[Н₃,Н₂0 и т. д., переход воды из парообразного состояния в жидкое в результате постепенного охлаждения Земли. Эволюция атмосферы и гидросферы.

2. Образование из неорганических соединений органических веществ – аминокислот – и их накопление в первичном океане в результате электромагнитного воздействия Солнца, космического излучения и электрических разрядов.

3. Постепенное усложнение органических соединений и образование белковых структур.

4. Выделение белковых структур из среды, образование водных комплексов и создание вокруг белков водной оболочки.

5. Слияние таких комплексов и образование коацерватов (от лат. coacervus – сгусток, куча, накопление), способных обмениваться веществом и энергией с окружающей средой.

6. Поглощение коацерватами металлов, что привело к образованию ферментов, ускоряющих биохимические процессы.

7. Образование гидрофобных липидных границ между коацерватами и внешней средой, что привело к образованию полупроницаемых мембран, что обеспечивало стабильность функционирования коацервата.

8. Выработка в ходе эволюции у этих образований процессов саморегуляции и самовоспроизведения.

26. Способы питания живых организмов. Автотрофный и гетеротрофный тип питания.

По способу получения органических веществ для питания живые организмы делятся на две большие группы — автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофные организмы способны из неорганических веществ синтезировать органические. Необходимые для синтеза неорганические вещества берутся из воздуха, почвы или воды. Так, например, при синтезе используется углекислый газ, в молекулы которого входят атомы углерода. Углерод входит в состав всех органических веществ.

Для синтеза органических веществ из неорганических необходима энергия. Большинство автотрофных организмов (в том числе растения) используют энергию солнечного света. Синтез органических веществ под действием солнечного света из неорганических называется фотосинтезом. Организмы, способные к фотосинтезу, называются фототрофами.

Для фотосинтеза необходимо вещество хлорофилл, который у большинства растений содержится в специальных клеточных органеллах — хлоропластах.

Однако некоторые организмы (в основном ряд бактерий) получают энергию для синтеза органических веществ из неорганических из энергии химических связей различных веществ. Такие организмы называются хемотрофами, а процесс такого синтеза —хемосинтезом.

Гетеротрофные организмы получают органические вещества своего тела из поглощенных ими других органических веществ. К гетеротрофам принадлежат все животные, грибы, многие бактерии. Гетеротрофы питаются либо растениями, либо другими гетеротрофами, либо их остатками.

Если бы не было автотрофов, то гетеротрофы не смогли бы жить. Поэтому очень важно охранять растительный покров Земли. Растения дают нам не только пищу, но и кислород для дыхания.

30. Способы размножения живых организмов. Бесполое и половое размножение животных и растений.

Размножение – воспроизведение себе подобных. Новые, дочерние особи возникают от одного – материнского, или двух – материнского и отцовского – организмов. Клеточную основу размножения составляют митоз, мейоз и оплодотворение. Обеспечивают сохранение и передачу наследственных признаков.

Биологическое значение размножения заключается в обеспечении смены поколений определенного вида организмов.

Бесполое размножение – это процесс возникновения дочерних особей из одной группы соматических клеток материнского организма. (Соматические – двойной набор хромосом = диплоидный 2n). Клеточная основа – митоз дочерний организм/ы копия/и материнского и друг друга.

Формы бесполого размножения животных:

Деление – широко распространено среди одноклеточных организмов. Жгутиковые простейшие делятся продольно, инфузории – поперечно. Делением разиножаются некоторые кишечнополостные и черви.

Почкование – среди низших многоклеточных, таких, как губки, кишечнополостные, мшанки, некоторые черви и оболочники. На теле материнского организма возникает скопление клеток, которое растет и постепенно приобретает сходство с материнской особью. Затем дочерний организм отделяется и начинает вести самостоятельную жизнь. Если не отделяется полностью = образование колоний.

Формы бесполого размножения у растений:

Вегетативное – одноклеточные растения, осуществляется простым делением одной клетки на две. У грибов формы разнообразны. У покрытосеменных происходит за счет частей вегетативных (неполовых) органов растения: корня, стебля, листа. В с/х используются специализированные видоизменения: клубни (картофель, георгин), корневища (флокс), плети (земляника), луковицы (лук), корневые отпрыски (малина, вишня). А так же черенки и отводки.

Спорообразование – осуществляется спорами, образующимися в органах бесполого размножения – спорангиях. Для низших растений - зооспорами, образуются митотически, имеют диплоидный набор хромосом, и они способны воспроизводить новую особь, сходную с материнской особью. У высших растений споры обычно гаплоидны, образованы мейотически, не могут воспроизвести материнскую особь. Служат для формирования гаметофита, который образует половые клетки – гаметы.

Половое размножение осуществляется при участии двух родительских особей (мужской и женской), у которых в особых органах образуются специализированные клетки — гаметы. Процесс формирования гамет называется гаметогенезом, основным этапом гаметогенеза является мейоз. Дочернее поколение развивается из зиготы — клетки, образовавшейся в результате слияния мужской и женской гамет. Процесс слияния мужской и женской гамет называется оплодотворением. Обязательным следствием полового размножения является перекомбинация генетического материала у дочернего поколения.

В зависимости от особенностей строения гамет, можно выделить следующие формы полового размножения: изогамию, гетерогамию и овогамию.

Изогамия  — форма полового размножения, при которой гаметы (условно женские и условно мужские) являются подвижными и имеют одинаковые морфологию и размеры.

Гетерогамия  — форма полового размножения, при которой женские и мужские гаметы являются подвижными, но женские — крупнее мужских и менее подвижны.

Овогамия  — форма полового размножения, при которой женские гаметы неподвижные и более крупные, чем мужские гаметы. В этом случае женские гаметы называются яйцеклетками, мужские гаметы, если имеют жгутики, — сперматозоидами, если не имеют, — спермиями.

Овогамия характерна для большинства видов животных и растений. Изогамия и гетерогамия встречаются у некоторых примитивных организмов (водоросли). Кроме вышеперечисленных, у некоторых водорослей и грибов имеются формы размножения, при которых половые клетки не образуются: хологамия и конъюгация. При хологамии происходит слияние друг с другом одноклеточных гаплоидных организмов, которые в данном случае выступают в роли гамет. Образовавшаяся диплоидная зигота затем делится мейозом с образованием четырех гаплоидных организмов. При конъюгации происходит слияние содержимого отдельных гаплоидных клеток нитевидных талломов. По специально образующимся каналам содержимое одной клетки перетекает в другую, образуется диплоидная зигота, которая обычно после периода покоя также делится мейозом.