Биология как наука. Роль биологии в жизни и практической деятельности человека. Признаки и свойства живого. Уровни организации живой природы.
Термин «биология» образуется из двух греческих слов «bios» —жизнь и «logos» — знание, учение, наука. Отсюда и классическое определение биологии как науки, изучающей жизнь во всех ее проявлениях.
Биология исследует многообразие существующих и вымерших живых существ, их строение, функции, происхождение, эволюцию, распространение и индивидуальное развитие, связи друг с другом, между сообществами и с неживой природой.
Биология рассматривает общие и частные закономерности, присущие жизни во всех ее проявлениях и свойствах: обмен веществ, размножение, наследственность, изменчивость, приспособляемость, рост, развитие, раздражимость, подвижность и т.д.
Методы исследований в биологии
- Наблюдение — самый простой и доступный метод. Например можно наблюдать сезонные изменения в природе, в жизни растений и животных, поведение животных и т.д.
- Описание биологических объектов (устная или письменная характеристика).
- Сравнение– нахождение сходств и различий между организмами, применяется в систематике.
- Экспериментальный метод (в лабораторных или естественных условиях) – биологические исследования с использованием различных приборов и методов физики, химии.
- Микроскопия – исследование строения клеток и клеточных структур с помощью световых и электронных микроскопов. Световые микроскопы позволяют увидеть формы и размеры клеток, отдельных органоидов. Электронные – мелкие структуры отдельных органоидов.
- Биохимический метод — исследование химического состава клеток и тканей живых организмов.
- Цитогенетический– метод изучения хромосом под микроскопом. Можно обнаружить геномные мутации (например, синдром Дауна), хромосомные мутации (изменения формы и размеров хромосом).
- Ультрацентрифугирование— выделение отдельных клеточных структур (органелл) и дальнейшее их изучение.
- Исторический метод– сопоставление полученных фактов с ранее полученными результатами.
- Моделирование – создание различных моделей процессов, структур, экосистем и т.д. с целью прогнозирования изменений.
- Гибридологический метод – метод скрещивания, главный метод изучения закономерностей наследственности.
- Генеалогический метод – метод составления родословных, применяется для определения типа наследования признака.
- Близнецовый метод – метод, позволяющий определять долю влияния факторов среды на развитие признаков. Применяется к однояйцевым близнецам.
Связь биологии с другими науками.
Многообразие живой природы столь велико, что современную биологию нужно представлять как комплекс наук. Биология лежит в основе таких наук, как медицина, экология, генетика, селекция, ботаника, зоология, анатомия, физиология, микробиология, эмбриология и др. Биология совместно с другими науками образовала такие науки, как биофизика, биохимия, бионика, геоботаника, зоогеография и др. В связи с бурным развитием науки и техники появляются новые направления изучения живых организмов, появляются новые науки, связанные с биологией. Это еще раз доказывает, что живой мир является многогранным и сложным и он тесно связан с неживой природой.
Основные биологические науки-объекты их изучения
- Анатомия – внешнее и внутреннее строение организмов.
- Физиология – процессы жизнедеятельности.
- Медицина — заболевания человека, их причины и методы их лечения.
- Экология – взаимосвязи организмов в природе, закономерности процессов в экосистемах.
- Генетика – законы наследственности и изменчивости.
- Цитология- наука о клетках (строении, жизнедеятельности и т.д.).
- Биохимия – биохимические процессы в живых организмах.
- Биофизика – физические явления в живых организмах.
- Селекция – создание новых и улучшение существующих сортов, пород, штаммов.
- Палеонтология – ископаемые останки древних организмов.
- Эмбриология- развитие зародышей.
Знания в области биологии человек может применить:
- для профилактики и лечения заболеваний
- при оказании первой помощи пострадавшим при несчастных случаях;
- в растениеводстве, животноводстве
- в природоохранных мероприятиях, способствующих решению глобальных экологических проблем (знания о взаимосвязях организмов в природе, о факторах, отрицательно влияющих на состояние окружающей среды и т д.).БИОЛОГИЯ КАК НАУКА
Признаки и свойства живого:
1. Клеточное строение. Клетка является единой структурно-функциональной единицей, а также единицей развития почти для всех живых организмов на Земле. Исключением являются вирусы, но и у них свойства живого проявляются, лишь когда они находятся в клетке. Вне клетки у них признаки живого не проявляются..
2. Единство химического состава. Живые существа образованы теми же химическими элементами, что и неживые объекты, но в живых существах 90% массы приходится на четыре элемента: С, О, N, Н, которые участвуют в образовании сложных органических молекул, таких, как белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды.
3. Обмен веществ и энергии – главное свойство живого. Он осуществляется в результате двух взаимосвязанных процессов: синтеза органических веществ в организме (за счет внешних источников энергии света и пищи) и процесса распада сложных органических веществ с выделением энергии, которая затем расходуется организмом. Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.
4. Открытость. Все живые организмы представляют собой открытые системы, т. е. системы, устойчивые лишь при условии непрерывного поступления в них энергии и вещества из окружающей среды.
5. Самовоспроизведение (репродукция). Способность к самовоспроизведению является важнейшим свойством всех живых организмов. В ее основе лежит информация о строении и функциях любого живого организма, заложенная в нуклеиновых кислотах и обеспечивающая специфичность структуры и жизнедеятельности живого.
6. Саморегуляция. Благодаря механизмам саморегуляции сохраняется относительное постоянство внутренней среды организма, т.е. поддерживается постоянство химического состава и интенсивность течения физиологических процессов — гомеостаз.
7. Развитие и рост. В процессе индивидуального развития (онтогенеза) постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организма (развитие) и осуществляется его рост (увеличение размеров). Кроме того, все живые системы эволюционируют — изменяются в ходе исторического развития (филогенеза).
8. Раздражимость. Любой живой организм способен реагировать на внешние и внутренние воздействия.
9. Наследственность. Все живые организмы способны сохранять и передавать основные признаки потомству.
10. Изменчивость. Все живые организмы способны изменяться и приобретать новые признаки.
Основные уровни организации живой природы
Вся живая природа представляет собой совокупность биологических систем. Важными свойствами живых систем является многоуровневость и иерархическая организация. Части биологических систем сами являются системами, состоящими из взаимосвязанных частей. На любом уровне каждая биологическая система уникальна и отличается от других систем.
Ученые на основании особенностей проявления свойств живого выделили несколько уровней организации живой природы:
1. Молекулярный уровень — представлен молекулами органических веществ (белков, липидов, углеводов и др.), находящихся в клетках. На молекулярном уровне можно исследовать свойства и структуры биологических молекул, их роль в клетке, в жизнедеятельности организма и так далее. Например, удвоение молекулы ДНК, структуры белков и так далее.
2. Клеточный уровень – представлен клетками. На уровне клеток начинают проявляться свойства и признаки живого. На клеточном уровне можно исследовать строение и функции клеток и клеточных структур, процессы, протекающие в них. Например, движение цитоплазмы, деление клетки, биосинтез белков в рибосомах и так далее.
3. Органо-тканевой уровень – представлен тканями и органами многоклеточных организмов. На этом уровне можно исследовать строение и функции тканей и органов, процессы, идущие в них. Например, сокращение сердца, передвижение воды и солей по сосудам и так далее.
4. Организменный уровень – представлен одноклеточными и многоклеточными организмами. На этом уровне изучается организм, как целое: его строение и жизнедеятельность, механизмы саморегуляции процессов, приспособление к условиям обитания и так далее.
5. Популяционно-видовой уровень – представлен популяциями, состоящими из особей одного вида, длительно обитающих совместно на какой-то территории. Жизнь одной особи генетически определена, а популяция при благоприятных условиях может существовать неограниченно долго. Так как на данном уровне начинают действовать движущие силы эволюции – борьба за существование, естественный отбор и др. На популяционно-видовом уровне изучают динамику численности особей, половозрастной состав популяции, эволюционные изменения в популяции и так далее.
6. Экосистемный уровень– представлен популяциями различных видов, совместно обитающими на определенной территории. На данном уровне изучаются взаимоотношения организмов и среды, условия, определяющие продуктивность и устойчивость экосистем, изменения в экосистемах и так далее.
7. Биосферный уровень– высшая форма организации живой материи, объединяющая все экосистемы планеты. На этом уровне изучаются процессы в масштабе всей планеты – круговороты веществ и энергии в природе, глобальные экологические проблемы, изменения климата Земли и т д. В настоящее время первостепенное значение имеет изучение влияния человека на состояние биосферы в целях предотвращения глобального экологического кризиса.
Источник
2. Признаки и свойства живого
Все живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и тела неживой природы, но соотношения содержания элементов в живых и неживых объектах отличаются. Более \(90\) % химического состава организмов приходится на органогенные элементы (С, O, N, H) образующие сложные органические вещества.
Открытость системы — обязательное постоянное поступление энергии из окружающей среды и выделение продуктов жизнедеятельности.
В живых организмах одновременно происходят процессы двух типов: ассимиляция, т. е. образование сложных органических веществ, и диссимиляция, т. е. распад органических веществ, протекающий с выделением энергии. Благодаря обмену веществ в организме поддерживается постоянство состава внутренней среды независимо от условий в окружающем мире.
Это способность живых систем воспроизводить себе подобных. Размножение является одним из главных признаков живых организмов. Основой размножения является процесс самоудвоения молекул ДНК, определяющий возможность дальнейшего деления клеток.
Это поддержание постоянства внутренней среды организма в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды. Стойкое нарушение гомеостаза ведёт к гибели организма.
Развитие живого представлено индивидуальным развитием организма (онтогенезом) и историческим развитием живой природы (филогенезом).
- В процессе онтогенеза постепенно проявляются индивидуальные свойства организма и происходит увеличение его размеров.
- Результатом филогенеза является общее усложнение живых организмов в ходе эволюции и всё их многообразие на нашей планете.
Каждый живой организм способен изменять свою жизнедеятельность в ответ на действие разных раздражителей. Примерами могут служить рефлексы у животных, а также двигательные реакции у растений: тропизмы, таксисы и настии.
Эти свойства живых организмов представляют собой факторы эволюции, так как благодаря им возникает материал для отбора.
- Изменчивость — это свойство организмов приобретать индивидуальные признаки, отличающие их от других организмов того же вида.
- Наследственность — это способность живых организмов передавать свои признаки от одного поколения к другому.
Проявляется в том, что в результате действия естественного отбора живые организмы приспосабливаются к условиям среды, у них появляются адаптации. Организмы, не обладающие необходимыми приспособлениями, вымирают.
Эти особенности присущи как структуре, так и функциям. Любой организм — это целостная система, которая в то же время состоит из дискретных единиц — клеточных структур, клеток, тканей, органов, систем органов. Органический мир целостен, поскольку все организмы и происходящие в нём процессы взаимосвязаны. В то же время он дискретен, так как складывается из отдельных организмов.
при горении любого вещества происходит обмен веществ и превращение энергии, но не осуществляется саморегуляция и не происходит размножение.
Источник