Что такое биология краткое описание. Генетические механизмы и эволюция

Человек на протяжении всего своего существования на Земле изучает разнообразие растительного и животного мира. Биологические науки, список которых постоянно пополняется, имеют большое значение для формирования современной естественнонаучной картины мира. Методы и подходы со временем совершенствуются, позволяя раскрывать многочисленные природные секреты.

Вконтакте

Появление термина

В основе термина лежат два греческих слова: bios – жизнь, logos – наука, учение. Кто ввел этот термин. Понятие биология означает совокупность наук о живой природе, раскрывает сущность жизни. Его предложили два видных ученых Г. Тревинарус и Ж.-Б. Лемарк еще в начале 19 века. Спустя два столетия наука продолжает активно развиваться, ученые уже достаточно далеко продвинулась в своих исследованиях.

Главные научные направления

Сегодня существуют многочисленные биологические дисциплины и отрасли , направленные на изучение живых существ, начиная от амебы с инфузорией и заканчивая человеческим организмом. Жизнь – основной предмет исследования. Разнообразие ее проявлений, влияние на окружающие процессы и явления, организация на всех уровнях и сегментах, входят в число объектов.

Назовем основные биологические дисциплины и подробно расскажем о некоторых из них:

• общая биология,
• системная,
• вирусология,
• микрология,
• микробиология,
• генетика,
• анатомия,
• этология,
• цитология,
• биология развития,
• палеонтология и прочие.

Важно знать, какая наука изучает строение и функции , является одной из основных дисциплин. Ее название — цитология . Предметом изучения являются все процессы, происходящие с клеткой: рождение, жизнедеятельность, размножение, питание, старение и гибель.

Биологические дисциплины

Любые проявления жизни становятся предметом изучения для биологов. К ним относят:

• распределение по территории,
• строение,
• происхождение,
• функции,
• развитие видов,
• связи с другими живыми существами и предметами .

Важно! Задача биологии – раскрыть и изучить суть всех биологических закономерностей, с целью их освоения и управления.

Методы изучения:

• наблюдение с целью описания явлений;
• сравнение – обнаружение общих закономерностей;
• эксперимент – искусственное создание ситуаций, выявляющие свойства организмов;
• исторический метод – познание окружающего мира с помощью имеющихся данных;
• моделирование — создания моделей разнообразных биологических систем;
• современные усовершенствованные методы, основанные на новейших технологиях и достижениях.

Основные отрасли, которые нужно знать, и предметы их изучения:

• зоология – животные;
• энтомология – насекомых;
• ботаника – растения;
• анатомия –строение тканей и органов;
• генетика – законы изменчивости и наследственности;
• физиология –сущность всего живого, жизнь при патологиях и норме;
• – взаимоотношение организмов с окружающей средой;
• бионика – организацию, структуру, свойства живой природы;
• биохимия – химический состав организмов и клеток, основные процессы, составляющие основу жизнедеятельности;
• биофизика – физические аспектах существования живой природы;
• микробиология – бактерии и прочие микроорганизмы;
• молекулярная биология – способы хранения и передачи генетической информации;
• клеточная инженерия – получение гибридных клеток;
• битехнология – использование продуктов жизнедеятельности организмов для технологических решений;
• селекция – выведение новых сортов, устойчивых к вредителям и суровому климату, улучшение качеств культурных растений.

Здесь перечислены далеко не все биологические науки, этот список может быть гораздо длиннее.

Экология – раздел биологии, изучающий отношения организмов друг с другом и окружающей средой. Раздел затрагивает не только факторы среды , ее физическую сущность, химический состав, но и ее загрязнение, нарушение ЭКО-цикла .

Эрнест Геккель в 1866 году придумал специальное название для этого научного направления. Раздел биологии, изучающий отношения организмов, их взаимодействие не только друг с другом, но и со средой, именуется прикладной экологией .

Она относится к отрасли биологии и является прикладной наукой, изучает механизмы разрушения человеком биосферы и способы предотвращения экологических катастроф. Отличается от прочих биологических областей тем, что ученым не приходится узнавать или изучать что-то новое, а использовать уже имеющиеся методики и разработки на практике.

Именно применением практических методов отличаются прикладные . Таким образом, мы ответили на вопрос, какая из биологических наук является практической или прикладной.

Чтобы добиться на практике реальных целей, нужны заказчик и инвестор. Часто крупные проекты и их реализацию финансирует государство: сохранение исчезающих видов животных , рациональное уничтожение отходов и сведение к минимуму загрязнения окружающей среды. Прикладной экологию принято считать потому, что она неразрывно связана со всеми процессами, происходящими с живыми существами.

Классификация

Любая обширная научная область предполагает деление на отдельные отрасли. Классификация биологических наук осуществляется на основании нескольких признаков. В зависимости от предмета или объекта изучения выделяются:

• зоология,
• ботаника,
• микробиология и другие.

По уровню, на котором рассматривается живая материя :

• цитология,
• гистология,
• молекулярная биология и другие.

По обобщенным свойствам организмов :

• биохимия,
• генетика,
• экология и прочие.

Классификация биологических наук не означает их всецелой принадлежности к определенной области, каждая тесно взаимосвязана с другими. Например, изучать клетки невозможно без знания о происходящих в них биохимических процессах.

Интересно! Таксономия грибов современности (гриб) — это ни растение, ни живое существо. Гриб относят к отдельному типу живых организмов, так что для его изучения применяют совсем иные способы. Это находится в ведении микологии — отрасли биологии.

Уникальный метод

Культура тканей – это метод, позволяющий выращивать ткани, а также их клетки вне организма. В теории его предложил еще в 1874 году Голубев А.Е., а на практике применил лишь в 1885 году Скворцов И.П. Затем этот метод совершенствовался и развивался.

Выращивание тканей вне организма — пример метода культуры клеток.

Суть методики такова: берется небольшой кусочек нужной ткани конкретного организма и помещается в специально подготовленную питательную среду . Процесс происходит в стерильных условиях и при оптимальной температуре. Через некоторое время из спокойного состояния ткань начинает переходить в нормальное, с делением, питанием и выделением продуктов жизнедеятельности. Находясь в такой среде, ткань может генерироваться с огромной скоростью, но нужно вовремя менять раствор, потому что загрязненная среда угрожает измельчением клеток и их гибелью.

Что изучает биология с помощью метода культуры тканей . В основном технология используется при доказательствах теорий не только в биологии, но и в медицине. Так был исследован один из сложных процессов – митоз . Изучалось деление клеток на стадии развития эмбриона у птиц и млекопитающих. Есть несколько заболеваний, подтвердить которые можно лишь с помощью этого метода, например, неправильное количество хромосом у человека. Всем известные вакцины от полиомиелита, оспы или кори разработаны с помощью культуры тканей. Это удивительный подход. Также его широко применяют в парфюмерии.

Создание органов или их частей пока не находит большого распространения в связи с этическими нормами. Кроме того, технология эта дорогостоящая. Подобные передовые методики востребованы во многих областях науки.

Интересно! Размножаются способом культуры тканей такие растения, как гербера, орхидея, женьшень и картофель.

Разделы

Морфология в биологии – одна из областей, изучающая строение организмов. В ней выделяют два основных раздела: эндономию и анатомию. Первая занимается исследованием внешних признаков живого существа , а вторая – внутренних. Что изучает морфология в разделе эндономии: критерии, по которым разделяют организмы на виды. Проводится классификация по внешнему виду, форме, размеру, окрасу и прочим признакам.

Долгое время именно они оставались единственными определяющими факторами, а внутреннее строение не учитывалось. Позже оказалось, что особи одного биологического вида могут делится на самцов и самок, появилось новое понятие — половой диморфизм .

Анатомия изучает внутреннее строение, находящееся выше клеточного уровня. На основе полученных данных производится систематизация видов в группы, что позволило выделить две основные группы органов: аналогичные, то есть одинаковые у всех видов, и гомологичные. К первым относят части тела, которые схожи по функциям, но имеют различное происхождение, а вторые – различное происхождение, но одинаковые функции. Пример гомологичных – передние конечности млекопитающих и крылья у птиц.

Биология – наука о живой природе

ЕГЭ Биология 1.1. Биология как наука, методы познания живой природы

Вывод

Набор дисциплин имеет огромное значение для дальнейшего развития практически всех сфер деятельности человека. Знание законов природы и устройства организмов помогает улучшить качество нашей жизни: совершенствовать способы лечения, производить новые медицинские препараты, косметические средства, улучшать качество продуктов питания, сохранить чистоту окружающей среды и многое другое.

Основными структурными элементами, из которых состоят тела живых существ, являются клетки. Их строение, состав и функции изучает цитология. Другая биологическая наука, гистология, имеет дело со свойствами и структурой тканей, т.е. групп однотипных клеток, выполняющих в организме сходную функцию. Механизмы, посредством которых признаки, свойственные особям одного поколения, передаются следующим поколениям, исследует генетика. Классификацией животных и растений и установлением их родственных связей занимается таксономия, а изучением ископаемых остатков живых существ – палеонтология. Взаимоотношения организмов с окружающей средой составляют предмет экологии.

Новейшие физические и химические методы исследования позволяют количественно изучать молекулярные структуры и явления, лежащие в основе всех биологических процессов. Данное направление, затрагивающее сразу несколько биологических дисциплин, называют молекулярной биологией.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ

Вплоть до начала 20 в. биологи были убеждены в том, что все живое принципиально отличается от неживого и в этом отличии есть какая-то тайна. В настоящее время благодаря значительно возросшему объему знаний в области химии и физики живой материи стало ясно, что жизнь может быть объяснена в обычных понятиях химии и физики. Ниже кратко излагаются основные концепции современной биологии, касающиеся самого феномена жизни.

Биогенез.

Все живые организмы происходят только от других живых организмов, и из этого правила нет исключений. Не совсем ясно, можно ли считать живыми субмикроскопические фильтрующиеся вирусы, но нет сомнений в том, что появление их в большом количестве в среде возможно только за счет размножения тех вирусов, которые уже попали туда раньше. Из невирусного вещества вирусы не возникают.

Клеточная теория.

Одно из наиболее фундаментальных обобщений современной биологии – это клеточная теория, согласно которой все живые существа, включая растения и животных, состоят из клеток и продуктов выделения клеток, а новые клетки образуются путем деления существующих. Все клетки демонстрируют также сходство в основных компонентах химического состава и в основных метаболических реакциях, а активность всего организма представляет собой сумму индивидуальных активностей составляющих этот организм клеток и результатов их взаимодействия.

Генетические механизмы и эволюция.

Генетическая теория гласит, что признаки особей каждого поколения передаются следующему поколению через единицы наследственности, называемые генами. Крупные сложные молекулы ДНК состоят из четырех типов субъединиц, называемых нуклеотидами, и имеют структуру двойной спирали. Информация, содержащаяся в каждом гене, закодирована особым порядком расположения этих субъединиц. Поскольку каждый ген состоит примерно из 10 000 нуклеотидов, выстроенных в определенной последовательности, существует великое множество комбинаций нуклеотидов, а соответственно и множество различных последовательностей, являющихся единицами генетической информации.

Определение последовательности нуклеотидов, образующих определенный ген, стало теперь не только возможным, но даже довольно обычным делом. Более того, ген можно синтезировать, а затем клонировать, получив таким образом миллионы копий. Если какое-то заболевание человека вызвано мутацией гена, который в результате не функционирует надлежащим образом, в клетку может быть введен нормальный синтезированный ген, и он будет выполнять необходимую функцию. Эта процедура называется генной терапией. Грандиозный проект «Геном человека» призван выяснить нуклеотидные последовательности, образующие все гены человеческого генома.

Одно из важнейших обобщений современной биологии, формулируемое иногда как правило «один ген – один фермент – одна метаболическая реакция», было выдвинуто в 1941 американскими генетиками Дж.Бидлом и Э.Тейтемом. Согласно этой гипотезе, любая биохимическая реакция – как в развивающемся, так и в зрелом организме – контролируется определенным ферментом, а фермент этот в свою очередь контролируется одним геном. Информация, заложенная в каждом гене, передается от одного поколения другому специальным генетическим кодом, который определяется линейной последовательностью нуклеотидов. При образовании новых клеток каждый ген реплицируется, и в процессе деления каждая из дочерних клеток получает точную копию всего кода. В каждом поколении клеток происходит транскрипция генетического кода, что позволяет использовать наследственную информацию для регуляции синтеза специфических ферментов и других белков, существующих в клетках.

В 1953 американский биолог Дж.Уотсон и британский биохимик Ф.Крик сформулировали теорию, объясняющую, каким образом структура молекулы ДНК обеспечивает основные свойства генов – способность к репликации, к передаче информации и мутированию. На основании этой теории оказалось возможным сделать определенные предсказания о генетической регуляции синтеза белка и подтвердить их экспериментально.

Развитие с середины 1970-х годов генной инженерии, т.е. технологии получения рекомбинантных ДНК, значительно изменило характер исследований, проводимых в области генетики, биологии развития и эволюции. Разработка методов клонирования ДНК и проведения полимеразной цепной реакции позволяют получать в достаточном количестве необходимый генетический материал, включая рекомбинантные (гибридные) ДНК. Эти методы используются для выяснения тонкой структуры генетического аппарата и отношений между генами и их специфическими продуктами – полипептидами. Вводя в клетки рекомбинантную ДНК, удалось получить штаммы бактерий, способные синтезировать важные для медицины белки, например человеческий инсулин, гормон роста человека и многие другие соединения.

Значительный прогресс был достигнут в области изучения генетики человека. В частности, проведены исследования таких наследственных болезней, как серповидноклеточная анемия и муковисцидоз. Изучение раковых клеток привело к открытию онкогенов, превращающих нормальные клетки в злокачественные. Исследования, проводимые на вирусах, бактериях, дрожжах, плодовых мушках и мышах, позволили получить обширную информацию, касающуюся молекулярных механизмов наследственности. Теперь гены одних организмов могут быть перенесены в клетки других высокоразвитых организмов, например мышей, которые после такой процедуры называются трансгенными. Чтобы осуществить операцию по внедрению чужеродных генов в генетический аппарат млекопитающих, разработан целый ряд специальных методов.

Одно из наиболее удивительных открытий в генетике – это обнаружение двух типов входящих в состав генов полинуклеотидов: интронов и экзонов. Генетическая информация кодируется и передается только экзонами, функции же интронов до конца не выяснены.

Витамины и коферменты.

Открытие этих веществ, которые не являются солями, белками, жирами или углеводами, но вместе с тем необходимы для полноценного питания, принадлежит американскому биохимику польского происхождения К.Функу. С 1912, когда Функ обнаружил витамины, началось интенсивное исследование их роли в метаболизме и выяснение того, почему в пищевом рационе одних организмов должны обязательно присутствовать определенные витамины, а в рационе других их может и не быть. Сейчас твердо установлено, что соединения, которые мы относим к витаминам, необходимы для нормального метаболизма всех живых существ, включая бактерии, зеленые растения и животных, однако, если некоторые организмы способны синтезировать эти соединения сами, другие должны получать их с пищей в готовом виде. Для многих витаминов в настоящее время уже выяснена их специфическая роль в метаболизме. Во всех случаях они функционируют как часть большой молекулы вещества, названного коферментом. Кофермент служит своего рода партнером фермента и субстратом для осуществления некоторых реакций. Авитаминоз, возникающий при недостаточности того или иного витамина, есть следствие нарушений в метаболизме, вызванных нехваткой кофермента.

Гормоны.

Термин «гормон» был предложен в 1905 английским физиологом Э.Старлингом, который определил его как «любое вещество, в норме выделяемое клетками в какой-то одной части тела и переносимое кровью в другие части тела, где оно проявляет свое действие во благо всего организма». Можно сказать, что эндокринология (изучение гормонов) началась с 1849, когда немецкий физиолог А.Бертольд осуществил пересадку семенников от одной птицы к другой и предположил, что эти мужские половые железы выделяют в кровь какое-то вещество, определяющее развитие вторичных половых признаков. Само же это вещество – тестостерон – было выделено в чистом виде и описано только в 1935.

Животные (как позвоночные, так и беспозвоночные) и растения вырабатывают большое число разных гормонов. Все гормоны образуются в каком-то небольшом участке организма, а потом переносятся в другие его части, где, присутствуя в очень низких концентрациях, оказывают исключительно важное регуляторное и координирующее действие на активность клеток. Таким образом, основная роль гормонов – это химическая координация, дополняющая координацию, осуществляемую нервной системой.

Экология.

Согласно одной из важнейших обобщающих концепций современной биологии, все живые организмы, обитающие в определенном месте, тесно взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой. Определенные виды растений и животных распределены в пространстве не случайным образом, а образуют взаимозависимые сообщества, состоящие из продуцентов, консументов и редуцентов и связанные с определенными неживыми компонентами среды. Подобные сообщества могут быть выявлены и охарактеризованы по доминирующим видам; чаще всего это виды растений, дающие пищу и укрытие другим организмам. Экология призвана ответить на вопросы – почему те или иные виды растений и животных образуют определенное сообщество, как они взаимодействуют между собой и как влияет на них человеческая деятельность.

Особенности живых организмов.

Живые организмы не содержат какого-либо особого химического элемента, которого не было бы в неживой природе. Наоборот, основные составляющие их элементы – углерод, водород, кислород и азот – довольно широко распространены на Земле. В очень небольших количествах в составе живых организмов присутствует, кроме того, множество других химических элементов. Все живые существа в большей или меньшей степени могут быть охарактеризованы по таким признакам, как размеры, форма тела, раздражимость, подвижность, а также особенности метаболизма, роста, размножения и адаптаций. Способность растений и животных приспосабливаться к своей среде позволяет им выживать при тех изменениях, которые происходят во внешнем мире. Адаптация может включать как очень быстрые изменения состояния организма, определяемые клеточной раздражимостью, так и очень длительные процессы, а именно появление мутаций и их естественный отбор.

Биологические ритмы.

Многие проявления жизнедеятельности организмов имеют циклический характер. Существуют, например, сезонные циклы в динамике численности некоторых видов; известны также циклические явления в жизни популяций, повторяющиеся каждый год, каждый лунный месяц, каждый день или каждый морской прилив (или отлив). Многие биологические функции отдельно взятого организма тоже имеют периодическую природу, например, чередование сна и бодрствования. По крайней мере некоторые из этих циклов, по-видимому, регулируются внутренними биологическими часами.

Происхождение жизни.

Современные теории возникновения мутаций, естественного отбора и популяционной динамики дают объяснение того, как произошли современные животные и растения от ранее существовавших форм. Вопрос о первоначальном происхождении жизни на Земле рассматривался многими биологами. Некоторые из них считали, что формы жизни были принесены из космоса, с других планет. Сторонники подобной точки зрения ссылаются на обнаруженные в 1961 и 1966 структуры в метеоритах, напоминающие окаменелости микроскопических организмов.

Теорию происхождения первых живых существ из неживой материи развивали немецкий физиолог Э.Пфлюгер, английский генетик Дж.Холдейн и русский биохимик А.И.Опарин.

Известен целый ряд реакций, посредством которых можно получить органические вещества из неорганических. Американский химик М.Калвин экспериментально показал, что излучение с высокой энергией, например космические лучи или электрические разряды, могут способствовать образованию органических соединений из простых неорганических компонентов. В 1953 американские химики Г.Юри и С.Миллер обнаружили, что некоторые аминокислоты, например глицин и аланин, и даже более сложные вещества могут быть получены из смеси паров воды, метана, аммиака и водорода, через которую всего лишь в течение недели пропускают электрические разряды.

Спонтанное зарождение живых организмов в той обстановке, которая существует на Земле в настоящее время, в высшей степени маловероятно, однако оно вполне могло произойти в прошлом. Все дело в различии условий, существовавших тогда и сейчас.

До того, как на Земле возникла жизнь, органические соединения могли накапливаться, поскольку, во-первых, не существовало плесневых грибов, бактерий и других живых существ, способных их потреблять, а во-вторых, они не подвергались спонтанному окислению, так как в атмосфере тогда отсутствовал кислород (или его было очень мало). Сейчас разработаны вполне правдоподобные теории, позволяющие объяснить, как органические вещества могли возникать в результате простых химических реакций, индуцированных электрическими разрядами, ультрафиолетовым излучением и другими физическими факторами, как эти молекулы могли затем образовать в море разбавленный бульон и как в результате их длительного взаимодействия формировались жидкие кристаллы, а затем и более сложные молекулы, по размерам приближающиеся к белкам и нуклеиновым кислотам . Процесс, аналогичный естественному отбору, мог действовать уже среди этих еще не живых, но уже очень сложных молекул. Дальнейшее объединение молекул белков и нуклеиновых кислот могло привести к появлению организмов, напоминающих ныне существующие вирусы, от которых, возможно, произошли бактерии, давшие в конце концов начало растениям и животным. Другим крупным шагом в ранней эволюции было развитие белково-липидной мембраны, которая окружала скопление молекул и позволяла одни молекулы накапливать, а другие, наоборот, выбрасывать наружу.

Все эти доводы привели ученых к заключению, что возникновение жизни на нашей планете – это событие не только вполне естественное и возможное, но и почти неизбежное. Более того, количество уже известных галактик, а соответственно и планет во Вселенной столь велико, что существование на многих из них условий, пригодных для жизни, представляется весьма вероятным. Не исключено, что жизнь на этих планетах действительно существует. Но если жизнь где-то возможна, то по прошествии достаточного времени она должна появиться и дать широкое разнообразие форм. Некоторые из этих форм могут сильно отличаться от тех, что встречаются на Земле, но другие могут быть очень похожими. Теория происхождения жизни может быть сведена к следующим тезисам: 1) органические вещества образуются из неорганических в результате воздействия физических факторов окружающей среды; 2) органические вещества взаимодействуют друг с другом, образуя все более сложные комплексы, из которых постепенно формируются ферменты и самовоспроизводящиеся системы, напоминающие гены; 3) сложные молекулы становятся более разнообразными и объединяются в примитивные, похожие на вирусы организмы; 4) вирусоподобные организмы постепенно эволюционируют и дают начало растениям и животным.

В частности, структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле . Классифицирует и описывает живые существа, происхождение их видов , взаимодействие между собой и с окружающей средой .

Как особая наука биология выделилась из естественных наук в XIX веке , когда учёные обнаружили, что все живые организмы обладают некоторыми общими свойствами и признаками, в совокупности не характерными для неживой природы. Термин «биология» был введён независимо несколькими авторами: Фридрихом Бурдахом в 1800 году, Готфридом Рейнхольдом Тревиранусом в 1802 году и Жаном Батистом Ламарком в 1802 году.

Биологическая картина мира

В настоящее время биология - стандартный предмет в средних и высших учебных заведениях всего мира. Ежегодно публикуется более миллиона статей и книг по биологии, медицине , биомедицине и биоинженерии .

• Клеточная теория - учение обо всём, что касается клеток . Все живые организмы состоят как минимум из одной клетки - основной структурно-функциональной единицы организмов. Базовые механизмы и химия всех клеток во всех земных организмах сходны; клетки происходят только от ранее существовавших клеток, которые размножаются путём клеточного деления. Клеточная теория описывает строение клеток, их деление, взаимодействие с внешней средой, состав внутренней среды и клеточной оболочки, механизм действия отдельных частей клетки и их взаимодействия между собой.
• Эволюция . Через естественный отбор и генетический дрейф наследственные признаки популяции изменяются из поколения в поколение.
• Теория гена . Признаки живых организмов передаются из поколения в поколение вместе с генами , которые закодированы в ДНК . Информация о строении живых существ или генотип используется клетками для создания фенотипа , наблюдаемых физических или биохимических характеристик организма. Хотя фенотип, проявляющийся за счёт экспрессии генов, может подготовить организм к жизни в окружающей его среде, информация о среде не передаётся назад в гены. Гены могут изменяться в ответ на воздействия среды только посредством эволюционного процесса.
• Гомеостаз . Физиологические процессы, позволяющие организму поддерживать постоянство своей внутренней среды независимо от изменений во внешней среде.
• Энергия . Атрибут любого живого организма, существенный для его состояния.

Клеточная теория

Эволюция

Центральная организующая концепция в биологии состоит в том, что жизнь со временем изменяется и развивается посредством эволюции , и что все известные формы жизни на Земле имеют общее происхождение. Это обусловило сходство основных единиц и процессов жизнедеятельности, упоминавшихся выше. Понятие эволюции было введено в научный лексикон Жаном-Батистом Ламарком в 1809 году. Чарльз Дарвин через пятьдесят лет установил, что её движущей силой является естественный отбор , так же как искусственный отбор сознательно применяется человеком для создания новых пород животных и сортов растений . Позже в синтетической теории эволюции дополнительным механизмом эволюционных изменений был постулирован генетический дрейф .

Теория гена

Форма и функции биологических объектов воспроизводятся из поколения в поколение генами , которые являются элементарными единицами наследственности. Физиологическая адаптация к окружающей среде не может быть закодирована в генах и быть унаследованной в потомстве (см. Ламаркизм). Примечательно, что все существующие формы земной жизни, в том числе, бактерии, растения, животные и грибы, имеют одни и те же основные механизмы, предназначенные для копирования ДНК и синтеза белка. Например, бактерии, в которые вводят ДНК человека, способны синтезировать человеческие белки.

Совокупность генов организма или клетки называется генотипом . Гены хранятся в одной или нескольких хромосомах. Хромосома - длинная цепочка ДНК, на которой может быть множество генов. Если ген активен, то последовательность его ДНК копируется в последовательности РНК посредством транскрипции . Затем рибосома может использовать РНК, чтобы синтезировать последовательность белка , соответствующую коду РНК, в процессе, именуемом трансляция . Белки могут выполнять каталитическую (ферментативную) функцию, транспортную, рецепторную , защитную, структурную, двигательную функции.

Гомеостаз

Гомеостаз - способность открытых систем регулировать свою внутреннюю среду так, чтобы поддерживать её постоянство посредством множества корректирующих воздействий, направляемых регуляторными механизмами. Все живые существа, как многоклеточные, так и одноклеточные, способны поддерживать гомеостаз . На клеточном уровне, например, поддерживается постоянная кислотность внутренней среды (). На уровне организма у теплокровных животных поддерживается постоянная температура тела. В ассоциации с термином экосистема под гомеостазом понимают, в частности, поддержание растениями и водорослями постоянной концентрации атмосферного кислорода и диоксида углерода на Земле.

Энергия

Выживание любого организма зависит от постоянного притока энергии. Энергия черпается из веществ, которые служат пищей, и посредством специальных химических реакций используется для построения и поддержания структуры и функционирования клеток. В этом процессе молекулы пищи используются как для извлечения энергии , так и для синтеза биологических молекул собственного организма.

Первичным источником энергии для подавляющего большинства земных существ является световая энергия, главным образом солнечная , однако некоторые бактерии и археи получают энергию посредством хемосинтеза . Световая энергия посредством фотосинтеза превращается растениями в химическую (органические молекулы) в присутствии воды и некоторых минералов. Часть полученной энергии затрачивается на наращивание биомассы и поддержание жизни, другая часть теряется в виде тепла и отходов жизнедеятельности. Общие механизмы превращения химической энергии в полезную для поддержания жизни называются дыхание и метаболизм .

Уровни организации жизни

Живые организмы представляют собой высокоорганизованные структуры, поэтому в биологии выделяют ряд уровней организации. В различных источниках некоторые уровни опускаются или совмещаются друг с другом. Ниже представлены основные уровни организации живой природы обособленно друг от друга.

• Молекулярный - уровень взаимодействия молекул , составляющих клетки и обуславливающих все её процессы.
• Клеточный - уровень, на котором рассматриваются клетки как элементарные единицы строения живого.
• Тканевой - уровень совокупностей сходных по строению и функциям клеток, образующих ткани .
• Органный - уровень отдельных органов , обладающих собственным строением (объединением типов тканей) и местоположением в организме.
• Организменный - уровень отдельного организма .
• Популяционно-видовой уровень - уровень популяции, составляемой совокупностью особей одного вида .
• Биогеоценотический - уровень взаимодействия видов между собой и с различными факторами окружающей среды.
• Биосферный уровень - совокупность всех биогеоценозов , включающих и обуславливающих все явления жизни на Земле.

Видео по теме

Биологические науки

Большинство биологических наук является дисциплинами с более узкой специализацией. Традиционно они группируются по типам исследуемых организмов:

• ботаника изучает растения , водоросли , грибы и грибоподобные организмы ,
• зоология - животных и протистов ,
• микробиология - микроорганизмы и вирусы .

• биохимия изучает химические основы жизни,
• биофизика изучает физические основы жизни,
• молекулярная биология - сложные взаимодействия между биологическими молекулами,
• клеточная биология и цитология - основные строительные блоки многоклеточных организмов, клетки,
• гистология и анатомия - строение тканей и организма из отдельных органов и тканей,
• физиология - физические и химические функции органов и тканей,
• этология - поведение живых существ,
• экология - взаимозависимость различных организмов и их среды,
• генетика - закономерности наследственности и изменчивости ,
• биология развития - развитие организма в онтогенезе ,
• палеобиология и эволюционная биология - зарождение и историческое развитие живой природы.

На границах со смежными науками возникают: биомедицина , биофизика (изучение живых объектов физическими методами), биометрия и т. д. В связи с практическими потребностями человека возникают такие направления, как космическая биология , социобиология , физиология труда , бионика .

Биологические дисциплины

История биологии

Хотя концепция биологии как особой естественной науки возникла в XIX веке , биологические дисциплины зародились ранее в медицине и естественной истории . Обычно их традицию ведут от таких античных учёных, как Аристотель и Гален через арабских медиков аль-Джахиза , ибн-Сину , ибн-Зухра и ибн-аль-Нафиза . В эпоху Возрождения биологическая мысль в Европе была революционизирована благодаря изобретению книгопечатания и распространению печатных трудов, интересу к экспериментальным исследованиям и открытию множества новых видов животных и растений в эпоху Великих географических открытий . В это время работали выдающиеся умы Андрей Везалий и Уильям Гарвей , которые заложили основы современной анатомии и физиологии . Несколько позже Линней и Бюффон совершили огромную работу по классификации форм живых и ископаемых существ. Микроскопия открыла для наблюдения ранее неведомый мир микроорганизмов, заложив основу для развития клеточной теории . Развитие естествознания, отчасти благодаря появлению механистической философии , способствовало развитию естественной истории .

К началу XIX века некоторые современные биологические дисциплины, такие как ботаника и зоология , достигли профессионального уровня. Лавуазье и другие химики и физики начали сближение представлений о живой и неживой природе. Натуралисты, такие как Александр Гумбольдт , исследовали взаимодействие организмов с окружающей средой и его зависимость от географии, закладывая основы биогеографии , экологии и этологии . В XIX веке развитие учения об эволюции постепенно привело к пониманию роли вымирания и изменчивости видов , а клеточная теория показала в новом свете основы строения живого вещества. В сочетании с данными эмбриологии и палеонтологии эти достижения позволили Чарльзу Дарвину создать целостную теорию эволюции, в основе которой лежит естественный отбор . К концу XIX века идеи самозарождения окончательно уступили место теории инфекционного агента как возбудителя заболеваний. Но механизм наследования родительских признаков всё ещё оставался тайной .

Популяризация биологии

См. также

Биология - совокупность наук о жизни.
Определение и этимология
Слово происходит от др.-греч. - жизнь и - суждение , слово .

Понятие биология упоминается уже в сочинениях Т. Роозе, 1797 и К. Бурдаха, 1800. Но специально предложено как термин Ж. Б. Ламарком и Г. Р. Тревиранусом в 1802, независимо друг от друга.

Термин биология имеет два толкования - более широкое и более узкое.

В более широком значении биология соотносится со всем комплексом наук о жизни, включающим множество самых различных направлений, как традиционные зоологию, ботанику и систематику, так и такие отдалённые друг от друга области, как биофизику и экологию.

В более узком значении термин биология соотносится с общебиологическими исследованиями. Рассматриваются строение и функции индивидуальных организмов и их сообществ; их распространение, происхождение, развитие, связи друг с другом и с окружающей средой.

В отличие от философии биология не пытается понять первые и последние причины жизни путём логических размышлений , но стремится познать её особенности и механизмы, естестественно научным методом. Таким образом биология входит в число естественных наук, достижениями которых пользуется и успехи которых дополняет.
Краткая история биологии
См. основную ст. История биологии

Направления исследований
Уровни организации жизни

В живой природе выделяют множество уровней организации.

Клеточный , субклеточный и молекулярный уровень : клетки содержат внутриклеточные структуры, которые строятся из молекул.

Организменный и органно-тканевой уровень : у многоклеточных организмов клетки составляют ткани и органы. Органы же в свою очередь взаимодействуют в рамках целого организма.

Популяционный уровень : свободно скрещивающиеся друг с другом особи одного и того же вида образуют популяцию.

Биогеоценотический и биосферный уровень : на однородном участке земной поверхности складываются биогеоценозы, которые, в свою очередь, образуют, биосферу.

Жизнь на разных уровнях изучают различные биологические дисциплины : на молекулярном уровне и субклеточном - молекулярная биология, генетика (биохимическая генетика) и биохимия
на клеточном уровне - цитология, генетика (цитогенетика)
на органно-тканевом уровне - гистология, физиология, анатомия
на популяционном уровне - экология (взаимодействие в общем), этология (поведение), популяционная генетика.

Передачу наследственной информации изучает генетика. Развитие организма в онтогенезе изучается биологией развития. Зарождение и историческое развитие живой природы - палеобиология и эволюционная биология.

На границах со смежными науками возникают: биофизика (изучение живых объектов физическими методами), биометрия и т. д. В связи с практическими потребностями человека возникают такие направления как космическая биология, социобиология, физиология труда.
Царства

Царство (лат. regnum) - иерархическая ступень научной классификации биологических видов. Таксон самого высокого уровня среди основных. Все клеточные формы жизни на земле можно разделить на два надцарства на основании строения составляющих их клеток - прокариоты и эукариоты. Выделяют такие основные царства: Животные
Растения
Грибы
Дробянки (некоторые микроорганизмы)

Биологические дисциплины

Анатомия - Альгология - Антропология - Бактериология - Биогеография - Биоинженерия - Биоинформатика - Биология океана - Биология развития - Биометрия - Бионика - Биоспелеология - Биофизика - Биохимия - Ботаника - Бриология - Вирусология - Генетика - Геоботаника - Гидробиология - Гистология - Дендрология - Зоология - Иммунология - Ихтиология - Космическая биология - Ксенобиология- Микология - Микробиология - Молекулярная биология - Морфология - Нейробиология - Палеонтология - Систематика - Таксономия - Токсикология - Фенология - Физиология - Физиология ВНД - Физиология животных и человека - Физиология растений - Цитология - Эволюционное учение - Экология - Эмбриология - Эндокринология - Энтомология - Этология
Дисциплины, связанные с биологией
Медицина
Психология
Ветеринария
Кинология
Криминалистика
Фармакология
Биотехнология
Радиобиология

См. также
Человек
Животные
Растения
Грибы
Общая биология
Периодический закон в биологии
Жизнь
Размножение

Литература
Биологический энциклопедический словарь. М.: Сов. энциклопедия., 1989, С. 66

Википедия

Что такое биология? В школьной программе имеется предмет с этим названием, кроме того, слово «биология», «биологический» часто встречается в СМИ и интернете.


О том, что изучает наука биология, мы и поговорим в этой статье.

Откуда появилось слово «биология»?

Биология – это наука, изучающая живые существа. Слово образовано от греческих слов «биос», т.е. жизнь, и «логос», что означает учение. Соответственно, биология – это учение о жизни.

Как и слово, наука биология берет начало в глубокой древности. Людей издавна интересовали особенности и закономерности существования окружающих живых существ: животных, птиц, насекомых, растений и т.д.

В древности эти сведения были жизненно важными, поскольку многие люди поддерживали свое существование благодаря охоте, земледелию и животноводству.

Земледелие тогда велось примитивными способами, а урожайность культурных растений была очень низкой, поскольку селекционная работа находилась в зачаточном состоянии.

Не лучшим образом обстояли дела и в животноводстве – современных пород животных, отличающихся высокими показателями по мясу, молоку, шерсти и другим продуктам, тогда еще не было, зато частыми были эпидемии, сокращавшие поголовье животных.

В более-менее выгодном положении находились те, кто своим ремеслом избрал охоту: дичи было больше, чем сегодня, и найти ее нередко можно было неподалеку от человеческих поселений.

Однако и охотничье оружие было достаточно примитивным: самодельные лук и стрелы, копья, силки, ловушки. Охотников выручало знание повадок дичи и собственная ловкость.

В этих условиях изучение животных и растений, их способов существования и размножения являлось условием выживания для большинства людей. Конечно, в течение долгих столетий единственным способом исследований было наблюдение и эксперименты по скрещиванию близкородственных животных и растений.


Однако уже к восемнадцатому столетию биология имела довольно обширный запас знаний, которым нередко пользуются и современные исследователи.

Что изучает биология?

Наиболее общее определение – биология изучает . В круг интересов этой науки входит происхождение живых существ, их развитие, образ жизни, взаимодействие друг с другом и с окружающим миром.

Ученых-биологов интересует жизнь в любых ее проявлениях, начиная с молекулярного уровня и заканчивая сложнейшими биосистемами.

Одно из ведущих направлений – это изучение происхождения жизни: в каких условиях и почему зародилась жизнь на нашей планете, можно ли повторить этот эксперимент?

Вплотную к нему примыкает генная инженерия – возможность искусственным способом создавать новые виды живых существ, у которых имелись бы заранее заданные свойства. Пока в этой области биологии человечество сделало только первые шаги, но перспективы здесь открываются поистине ошеломляющие.

Изучение биоэкосистем – еще одно актуальное направление биологии, которое помогает понять взаимосвязь между жизнедеятельностью самых разных существ.

Это очень важно для планирования дальнейших действий человека на планете, ведь мы должны не просто преобразовывать природу для своего удобства, но и сохранять ее при этом максимально чистой и целостной.


Мы не должны допускать гибели целых популяций живых существ, поскольку это обедняет генофонд Земли.

Крайне важное направление – биология человека. Здесь и создание новых лекарств и методик лечения болезней, и улучшение наследственности, и раскрытие новых возможностей человека для повышения его жизнеспособности и эффективности. Человек – один из наиболее интересных объектов для изучения биологов.

Для чего нужна биология?

Знаменитый датский ученый Нильс Бор сказал однажды: если двадцатое столетие было веком физики, то двадцать первое станет веком биологии. Сегодня мы уже можем убедиться в правоте великого мыслителя.

С помощью биологии можно решить множество различных задач, стоящих перед человечеством:

— создать новые супер-урожайные культуры растений и суперпродуктивные породы животных, чтобы навсегда избавить человечество от голода;

— разработать новые методики лечения болезней, которые исцеляли бы весь организм, а не один больной орган;

— продлить человеческую жизнь;

— отодвинуть срок старения организма;

— решить проблему загрязнения окружающей среды.

Нет никакого сомнения, что это только часть задач, которые стоят перед биологией в двадцать первом столетии.


Точно так же, как в начале двадцатого века нельзя было представить, какую проблему создадут для современной нам медицины антибиотики, так и мы не можем вообразить, какие проблемы будет решать биология в конце этого века.

Единственное, что можно сказать – человечество ждут новые великие открытия и потрясающие знания.