Біологія XX століття: пізнання молекулярного рівня життя. Передумови сучасної біології. досягнення біології

Ті, хто стежить за досягненнями молекулярної біології , Мабуть, уже звикли, що в цій молодій науці, яка набрала всього лише в третє десятиліття свого існування, великі відкриття вдосконалення-шаются часто, навіть дуже часто. Всього лише 17 років тому американець Джеймс Уотсон і англієць Френсіс Крік запропонували гіпотезу про будову молекули ДНК, яка, на їхню думку, не поділяють, втім, в той час більшістю біологів, була хранителем генетичної інформації. Дуже скоро, прямо-таки в фантастично стислі терміни, думка Уотсона і Крика про те, що ДНК дійсно несе запис про всі генах організму, було доведено експериментально. До початку шістдесятих років стало ясно, що генетична інформація з молекул ДНК передається на схожі на них за своєю структурою молекули РНК. Останні з'єднуються з особливими структурами клітини - рибосомами, в яких і відбувається синтез білка. Трохи раніше Г. Гамов (США), Ф. Крик і інші створили логічно завершену модель генетичного коду. Найважливіше полягало в тому, що було суворо вказано, для чого клітці потрібна генетична інформація (синтез специфічних білків, які і визначають властивість життя і можливість здійснення різноманітних життєвих функцій). Було показано і як окремі елементи молекули ДНК (на думку Гамова, з якої все погодилися, трійки нуклеотидів, розташовані уздовж ланцюга ДНК) кодують будова синтезованих в рибосомах білків.
Мало хто очікував - навіть серед дуже проникливих генетиків, - що вже в 1961 році Крик і його три помічники «розправляться» з завданням про загальну природу генетичного коду. Правда, шлях до розшифровки складу окремих трійок, що кодують амінокислоти, був відкритий роботою М. Ниренберга і Д. Маттеї, почуте в Москві влітку того ж 2000 року. І вже зовсім важко було припускати, що всього через два з половиною роки американці М. Ніренберг і Ф. Ледер запропонують спосіб, що дозволяє з'ясувати точну будову всіх 64 кодових слів генів. Уже через рік генетики знали спадковий алфавіт природи.

Але рішення цих завдань не збільшувало наших знань про точний будові гена, точному будові молекул окремих інформаційних і транспортних РНК. У 1964-1965 роках Холлі в США і А. Баєв в РФ розшифрували перші, найменші з молекул, які обслуговують генетичні таїнства, - молекули транспортних РНК. У 1967 році в лабораторії А. Корнберга в США після багаторічних безуспішних спроб вдалося синтезувати працездатну молекулу ДНК фага 0X174. Через рік Г. Корану (індієць, який переїхав в США) в хитромудрому експерименті зумів синтезувати перший ген для транспортної РНК дріжджів. І ось зараз, всього через рік, виділений чистий ген з живих молекул ДНК!
Як ні парадоксально, цей грандіозний за своїм задумом, виконання та наслідків для науки експеримент не був само- метою. Беквіт, широко відомий фахівець в області молекулярних основ реалізації генетичної інформації, в передмові вказує на головну мету, яку він і його колеги переслідували, починаючи роботу. Їм було важливо знайти ключі до розв'язання давньої суперечки про те, коли відбувається регуляція генної активності. Були дві прСогласно першої, сам тен (тобто ділянку ДНК зі строго визначеною послідовністю нуклеотидів) може бути ареною регуляції. В такому випадку з активованих генів буде списуватися інформаційна РНК, а з репресованих генів такого списування відбуватися не буде.

Розділ 1. Біологія - наука про життя.

план

Тема 1. Біологія як наука, її досягнення, методи дослідження, зв'язку з іншими науками. Роль біології в житті і практичної діяльності людини.

Тема 2. Ознаки і властивості живого: клітинну будову, особливості хімічного складу, обмін речовин і перетворення енергії, гомеостаз, подразливість, відтворення, розвиток

Тема 3. Основні рівні організації живої природи: клітинний, організменний, популяційно-видовий, биогеоценотический

Біологія як наука, її досягнення, методи пізнання живої природи. Роль біології в формуванні сучасної природничо-наукової картини світу.

Біологія як наука.

Біологія(Від грец. биос- життя, логос- слово, наука) - це комплекс наук про живу природу.

Предметом біології є всі прояви життя: будова і функції живих істот, їх різноманітність, походження і розвиток, а також взаємодія з навколишнім середовищем. Основне завдання біології як науки полягає в тлумаченні всіх явищ живої природи на науковій основі, враховуючи при цьому, що цілому організму притаманні властивості, в корені відрізняються від його складових.

Термін «біологія» зустрічається в працях німецьких анатомів Т. Роозен (1779) і К.-Ф. Бурдаха (1800), проте тільки в 1802 році він був вперше використаний незалежно один від одного Ж.-Б. Лaмарком і Г.-Р. Тревіранус для позначення науки, що вивчає живі організми.

Біологічні науки.

В даний час до складу біології включають цілий ряд наук, які можна систематизувати за такими критеріями: по предметуі переважаючим методамдослідження і по досліджуваному рівню організації живої природи. По предмету дослідження біологічні науки ділять на бактеріологію, ботаніку, вірусологію, зоологію, мікології.

ботаніка- це біологічна наука, що комплексно вивчає рослини і рослинний покрив Землі. Екологія- розділ біології, наука про різноманіття, будову, життєдіяльності, поширення та взаємозв'язку тварин із середовищем проживання, їх походження і розвитку. бактеріологія- біологічна наука, що вивчає будову і життєдіяльність бактерій, а також їх роль в природі. вірусологія- біологічна наука, що вивчає віруси. основним об'єктом мікологіїє гриби, їх будова і особливості життєдіяльності. ліхенологія- біологічна наука, що вивчає лишайники. Бактеріологія, вірусологія та деякі аспекти мікології часто розглядаються в складі мікробіології- розділу біології, науці про мікроорганізмах (бактеріях, віруси і мікроскопічних грибах). систематика,або таксономія,- біологічна наука, яка описує і класифікує по групах всі живі і вимерлі істоти.

У свою чергу, кожна з перерахованих біологічних наук підрозділяється на біохімію, морфологію, анатомію, фізіологію, ембріологію, генетику і систематику (рослин, тварин або мікроорганізмів). біохімія- це наука про хімічний складживої матерії, хімічних процесах, що відбуваються в живих організмах і лежать в основі їх життєдіяльності. Морфологія- біологічна наука, що вивчає форму і будову організмів, а також закономірності їх розвитку. У широкому сенсі вона включає в себе цитологію, анатомію, гістологію і ембріологію. Розрізняють морфологію тварин і рослин. анатомія- це розділ біології (точніше - морфології), наука, що вивчає внутрішню будову і форму окремих органів, систем і організму в цілому. Анатомія рослин розглядається в складі ботаніки, анатомія тварин - в складі зоології, а анатомія людини є окремою наукою. фізіологія- біологічна наука, що вивчає процеси життєдіяльності рослинних і тваринних організмів, їх окремих систем, органів, тканин і клітин. Існують фізіологія рослин, тварин і людини. Ембріологія (біологія розвитку)- розділ біології, наука про індивідуальний розвиток організму, в тому числі розвитку зародка.

об'єктом генетикиє закономірності спадковості і мінливості. В даний час це одна з найбільш динамічно розвиваються біологічних наук.

За досліджуваному рівню організації живої природи виділяють молекулярну біологію, цитологію, гістологію, органологію, біологію організмів і надорганізменних систем. молекулярна біологіяє одним з наймолодших розділів біології, наука, що вивчає, зокрема, організацію спадкової інформації і біосинтез білка. цитологія,або клітинна біологія,- біологічна наука, об'єктом вивчення якої є клітини як одноклітинних, так і багатоклітинних організмів. Гістологія- біологічна наука, розділ морфології, об'єктом якої є будова тканин рослин і тварин. До сфери органологіівідносять морфологію, анатомію і фізіологію різних органів і їх систем.

Біологія організмів включає всі науки, предметом яких є живі організми, наприклад, етологію- науку про поведінку організмів.

Біологія надорганізменних систем підрозділяється на биогеографию і екологію. Поширення живих організмів вивчає біогеографія,тоді як екологія- організацію і функціонування надорганізменних систем різних рівнів: популяцій, біоценозів (спільнот), біогеоценозів (екосистем) і біосфери.

За переважним методам дослідження можна виділити описову (наприклад, морфологію), експериментальну (наприклад, фізіологію) і теоретичну біологію.

Виявлення та пояснення закономірностей будови, функціонування і розвитку живої природи на різних рівнях її організації є завданням загальної біології.До неї відносять біохімію, молекулярну біологію, цитологію, ембріологію, генетику, екологію, еволюційне вчення і антропологію. еволюційне вченнявивчає причини, рушійні сили, механізми і загальні закономірності еволюції живих організмів. Одним з його розділів є палеонтологія- наука, предметом якої є викопні останки живих організмів. антропологія- розділ загальної біології, наука про походження і розвиток людини як біологічного виду, а також різноманітності популяцій сучасної людини і закономірності їх взаємодії.

Прикладні аспекти біології віднесені до сфери біотехнології, селекції та інших швидко-розвиваються наук. біотехнологієюназивають біологічну науку, що вивчає використання живих організмів і біологічних процесів у виробництві. Вона широко застосовується в харчовій (хлібопечення, сироваріння, пивоваріння та ін.) І фармацевтичній промисловості (отримання антибіотиків, вітамінів), для очищення вод і т. П. селекція- наука про методи створення порід домашніх тварин, сортів культурних рослин і штамів мікроорганізмів з потрібними людині властивостями. Під селекцією розуміють і сам процес зміни живих організмів, здійснюваний людиною для своїх потреб.

Поступ біології тісно пов'язаний з успіхами інших природних і точних наук, таких як фізика, хімія, математика, інформатика та ін. Наприклад, мікроскопірованіе, ультразвукові дослідження (УЗД), томографія та інші методи біології грунтуються на фізичних закономірностях, а вивчення структури біологічних молекул і процесів, що відбуваються в живих системах, було б неможливим без застосування хімічних і фізичних методів. Застосування математичних методів дозволяє, з одного боку, виявити наявність закономірного зв'язку між об'єктами або явищами, підтвердити достовірність отриманих результатів, а з іншого - змоделювати явище або процес. Останнім часом все більшого значення в біології набувають комп'ютерні методи, наприклад моделювання. На стику біології та інших наук виник цілий ряд нових наук, таких як біофізика, біохімія, біоніка та ін.

Досягнення біології в сучасних варіантах систематики життя
На підставі останніх наукових досягнень сучасної біологічної науки дано таке визначення життя: «Життя - це відкриті саморегульовані і самовідтворюються системи сукупностей живих організмів, побудовані з складних біологічних полімерів - білків і нуклеїнових кислот» (І. І. Мечников).
Досягнення біології останнього часу привели до виникнення принципово нових напрямків у науці. Розкриття молекулярного будови структурних одиниць спадковості (генів) послужило основою для створення генної інженерії. За допомогою її методів створюють організми з новими, в тому числі і не зустрічаються в природі, комбінаціями спадкових ознак і властивостей. Вона відкриває можливості виведення нових сортів культурних рослин і високопродуктивних порід тварин, створення ефективних лікарських препаратів і т.д.
Жива природа влаштувала себе геніально просто і мудро. У неї є єдина самовоспроизводящая молекула ДНК, на якій записана програма життя, а конкретніше, весь процес синтезу, структура і функція білків як основних елементів життя. Крім збереження програми життя молекула ДНК виконує ще одну важливу функцію - її самовідтворення, копіювання створюють спадкоємність між поколіннями, безперервність нитки життя. Одного разу виникнувши, життя самовідтворюється у величезній різноманітності, яке забезпечує її стійкість, пристосованість до різноманітних умов середовища і еволюцію.
сучасні біотехнології
Сучасна біологія - область стрімких і фантастичних перетворень в біотехнології.
Біотехнології засновані на використанні живих організмів і біологічних процесів в промисловому виробництві. На їх базі освоєно масове виробництво штучних білків, поживних і багатьох інших речовин, за багатьма властивостями переважаючих продукти природного походження. Успішно розвивається мікробіологічний синтез ферментів, вітамінів, амінокислот, антибіотиків і т.п. Із застосуванням генних технологій і природних біоорганічних матеріалів синтезуються біологічно активні речовини - гормональні препарати і з'єднання, що стимулюють імунітет.
Сучасна біотехнологія дозволяє перетворити відходи деревини, соломи і інше рослинна сировина в цінні поживні білки. Вона включає процес гидролизации проміжного продукту - целюлози - і нейтралізацію утворюється глюкози з введенням солей. Отриманий розчин глюкози являє собою поживний субстрат мікроорганізмів - дріжджових грибків. В результаті життєдіяльності мікроорганізмів утворюється світло-коричневий порошок - високоякісний харчовий продукт, який містить близько 50% білка-сирцю і різні вітаміни. Живильним середовищем для дріжджових грибків можуть служити і такі що містять цукор розчини, як паточная барда і сульфітно луг, що утворюється при виробництві целюлози.
Деякі види грибків перетворюють нафту, мазут і природний газ в харчову біомасу, багату білками. Так, з 100 т неочищеного мазуту можна отримати 10 т дріжджовий біомаси, що містить 5 т чистого білка і 90 т дизельного палива. Стільки ж дріжджів виробляється з 50 т сухої деревини або 30 тис. М3 природного газу. Для виробництва даної кількості білка треба було б стадо корів з 10 000 голів, а для їх утримання потрібні величезні площі орних земель. Промислове виробництво білків повністю автоматизовано, і дріжджові культури ростуть в тисячі разів швидше, ніж велика рогата худоба. Одна тонна харчових дріжджів дозволяє отримати близько 800 кг свинини, 1,5-2,5 т птиці або 15-30 тис. Яєць і заощадити при цьому до 5 т зерна.
Практичне застосування досягнень сучасної біології вже в даний час дозволяє отримувати промисловим шляхом значні кількості біологічно активних речовин.
Біотехнологія, мабуть, вже в найближчі десятиліття займе лідируюче положення і, можливо, визначить обличчя цивілізації XXI століття.
генні технології
Генетика - найважливіша область сучасної біології.
На основі генної інженерії народилася сучасна біотехнологія. У світі зараз колосальну кількість фірм, що займаються бізнесом в цій області. Вони роблять все: від ліків, антитіл, гормонів, харчових білків до технічних речей - надчутливих датчиків (біосенсорів), комп'ютерних мікросхем, хітинових дифузорів для хороших акустичних систем. Генно-інженерна продукція завойовує світ, вона безпечна в екологічному відношенні.
На початковій стадії розвитку генних технологій було отримано ряд біологічно активних сполук - інсулін, інтерферон та ін. Сучасні генні технології об'єднують хімію нуклеїнових кислот і білків, мікробіологію, генетику, біохімію і відкривають нові шляхи вирішення багатьох проблем біотехнології, медицини та сільського господарства.
Генні технології засновані на методах молекулярної біології і генетики, пов'язаних з цілеспрямованим конструюванням нових, що не існують в природі поєднань генів. Основна операція генної технології полягає в вилученні з клітин організму гена, що кодує потрібний продукт, або групи генів і з'єднання їх з молекулами ДНК, здатними розмножуватися в клітинах іншого організму.
ДНК, що зберігається і працює в клітинному ядрі, відтворює не тільки саму себе. У потрібний момент певні ділянки ДНК - гени - відтворюють свої копії у вигляді хімічно подібного полімеру - РНК, рибонуклеїнової кислоти, які в свою чергу служать матрицями для виробництва безлічі необхідних організму білків. Саме білки визначають всі ознаки живих організмів. Основна ланцюг подій на молекулярному рівні:
ДНК -> РНК -> білок
У цьому рядку міститься так звана центральна догма молекулярної біології.
Генні технології привели до розробки сучасних методіваналізу генів і геномів, а вони, в свою чергу, - до синтезу, тобто до конструювання нових, генетично модифікованих мікроорганізмів. До теперішнього часу встановлено нуклеотидні послідовності різних мікроорганізмів, включаючи промислові штами, і ті, які потрібні для дослідження принципів організації геномів і для розуміння механізмів еволюції мікробів. Промислові мікробіологи, в свою чергу, переконані, що знання нуклеотиднихпослідовностей геномів промислових штамів дозволить «програмувати» їх на те, щоб вони приносили великий дохід.
Клонування еукаріотних (ядерних) генів в бактеріях і є той принциповий метод, який привів до бурхливого розвитку мікробіології. Фрагменти геномів тварин і рослин для їх аналізу клонують саме в мікроорганізмах. Для цього в якості молекулярних векторів, переносників генів, використовують штучно створені плазміди, а також безліч інших молекулярних утворень для виділення і клонування.
За допомогою молекулярних проб (фрагментів ДНК з певною послідовністю нуклеотидів) можна визначати, скажімо, чи заражена донорська кров вірусом СНІДу. А генні технології для ідентифікації деяких мікробів дозволяють стежити за їх розповсюдженням, наприклад, всередині лікарні або при епідеміях.
Генні технології виробництва вакцин розвиваються в двох основних напрямках. Перше - поліпшення вже існуючих вакцин і створення комбінованої вакцини, тобто що складається з декількох вакцин. Другий напрямок - отримання вакцин проти хвороб: СНІДу, малярії, виразкової хвороби шлунка та ін.
за останні рокигенні технології значно поліпшили ефективність традиційних штамів-продуцентів. Наприклад, у грибного штаму-продуцента антибіотика цефалоспорина збільшили число генів, що кодують експандазу, активність, якої задає швидкість синтезу цефалоспорина. В результаті вироблення антибіотика зросла на 15-40%.
Проводиться цілеспрямована робота по генетичній модифікації властивостей мікробів, які використовуються у виробництві хліба, сироварінні, молочної промисловості, пивоварінні та виноробстві, щоб збільшити стійкість виробничих штамів, підвищити їх конкурентоспроможність по відношенню до шкідливих бактерій і поліпшити якість кінцевого продукту.
Генетично модифіковані мікроби приносять користь у боротьбі зі шкідливими вірусами і мікробами і комахами. наприклад:
- стійкість рослин до гербіцидів, що важливо для боротьби з бур'янами, засмічують поля і знижують урожай культивованих рослин. Отримано і використовуються гербіцідоустойчівие сорти бавовнику, кукурудзи, ріпаку, сої, цукрових буряків, пшениці та інших рослин.
- стійкість рослин до комах-шкідників. Розробка білка дельта-ендотоксин, що виділяється різними штамами бактерії Bacillus turingensis. Цей білок токсичний для багатьох видів комах і безпечний для ссавців, у тому числі для людини.
- стійкість рослин до вірусних захворювань. Для цього в геном рослинної клітини вводяться гени, що блокують розмноження вірусних частинок в рослинах, наприклад інтерферон, нуклеази. Отримано трансгенні рослини тютюну, томатів та люцерни з геном бета-інтерферону.
Крім генів в клітинах живих організмів, в природі існують також незалежні гени. Вони називаються вірусами, якщо можуть викликати інфекцію. Виявилося, що вірус - це не що інше, як упакований в білкову оболонку генетичний матеріал. Оболонка - чисто механічне пристосування, як би шприц, для того, щоб упакувати, а потім впорснути гени, і тільки гени, в клітку-господаря і відвалитися. Потім вірусні гени в клітці починають репродукувати на собі свої РНК і свої білки. Все це переповнює клітку, вона лопається, гине, а вірус в тисячах копій звільняється і заражає інші клітини.
Хвороба, а іноді навіть смерть викликають чужорідні, вірусні білки. Якщо вірус «хороший», людина не вмирає, але може хворіти все життя. Класичний приклад - герпес, вірус якого присутній в організмі 90% людей. Це самий пристосований вірус, зазвичай заражає людини в дитячому віці і живе в ньому постійно.
Таким чином, віруси - це, по суті, винайдене еволюцією біологічну зброю: шприц, наповнений генетичним матеріалом.
Тепер приклад вже з сучасної біотехнології, приклад операції з зародковими клітинами вищих тварин заради благородних цілей. Людство відчуває труднощі з інтерфероном - важливим білком, що володіє протиракову і противірусну активність. Інтерферон виробляється тваринам організмом, в тому числі і людським. Чужий, чи не людський, інтерферон для лікування людей брати не можна, він відторгається організмом або малоефективний. Людина ж виробляє занадто мало інтерферону для його виділення з фармакологічними цілями. Тому було зроблено наступне. Ген людського інтерферону був введений в бактерію, яка потім розмножувалася і в великих кількостяхнапрацьовувала людський інтерферон відповідно до сидячим в ній людським геном. Зараз ця, вже стандартна техніка застосовується в усьому світі. Точно так же, і вже досить давно, проводиться генно-інженерний інсулін. З бактеріями, однак, виникає багато складнощів при очищенні потрібного білка від бактеріальних домішок. Тому починають від них відмовлятися, розробляючи методи введення потрібних генів у вищі організми. Це важче, але дає колосальні переваги. Зараз, зокрема, вже широко поширене молочне виробництво потрібних білків з використанням свиней і кіз. Принцип тут, дуже коротко і спрощено, такий. З тваринного витягають яйцеклітини і вставляють в їх генетичний апарат, під контроль генів білків молока тваринного, чужорідні гени, що визначають вироблення потрібних білків: інтерферону, або необхідних людині антитіл, або спеціальних харчових білків. Потім яйцеклітини запліднюють і повертають в організм. Частина потомства починає давати молоко, що містить необхідний білок, а з молока виділити його вже досить просто. Виходить значно дешевше, безпечніше і чистіше.
Таким же шляхом були виведені корови, що дають «жіноче» молоко (коров'яче молоко з необхідними людськими білками), придатне для штучного вигодовування людських немовлят. А це зараз досить серйозна проблема.
В цілому можна сказати, що в практичному плані людство досягло досить небезпечного рубежу. Навчилися впливати на генетичний апарат, в тому числі і вищих організмів. Навчилися спрямованому, виборчому генному впливу, продукування так званих трансгенних організмів - організмів, що несуть будь-які чужорідні гени. ДНК - це речовина, з яким можна маніпулювати. В останні два-три десятиліття виникли методи, за допомогою яких можна розрізати ДНК в потрібних місцях і склеювати з будь-яким іншим шматочком ДНК. Більш того, можуть вирізати і вставляти не тільки певні готові гени, але і рекомбінанти - комбінації різних, в тому числі і штучно створених генів. Цей напрямок одержав назву генної інженерії. Людина стала генним інженером. В його руках, в руках не настільки вже вчиненого в інтелектуальному відношенні істоти, з'явилися безмежні, гігантські можливості - як у Господа Бога.
сучасна цитологія
Нові методи, особливо електронна мікроскопія, застосування радіоактивних ізотопів і високошвидкісного центрифугування, дозволяють досягти величезних успіхів у вивченні будови клітини. У розробці єдиної концепції фізико-хімічних аспектів життя цитологія все більше зближується з іншими біологічними дисциплінами. При цьому її класичні методи, Засновані на фіксації, фарбуванні і вивченні клітин під мікроскопом, як і раніше зберігають практичне значення.
Цитологічні методи використовуються, зокрема, в селекції рослин для визначення хромосомного складу рослинних клітин. Такі дослідження надають велику допомогу в плануванні експериментальних схрещувань і оцінці отриманих результатів. Аналогічний цитологічний аналіз проводиться і на клітинах людини: він дозволяє виявити деякі спадкові захворювання, пов'язані зі зміною числа і форми хромосом. Такий аналіз в поєднанні з біохімічними тестами використовують, наприклад, при амниоцентезе для діагностики спадкових дефектів плоду.
Однак найважливіше застосування цитологічних методів в медицині - це діагностика злоякісних новоутворень. У ракових клітинах, особливо в їх ядрах, виникають специфічні зміни. Злоякісні утворення - це не що інше, як відхилення в нормальному процесі розвитку внаслідок виходу з-під контролю керуючих розвитком систем, в першу чергу генетичних. Цитологія є досить простим і високоінформативним методом скринінгової діагностики різних проявів папіломавірусу. Це дослідження проводиться як у чоловіків, так і у жінок.
клонування
Клонування - це процес, в ході якого жива істотавиробляється від єдиної клітини, взятої від іншої живої істоти.
Клонування зазвичай визначається, як виробництво клітин або організмів з тими ж нуклеарную геномами, що і в іншої клітини або організму. Відповідно, шляхом клонування можна створити будь-який живий організм або його частина, ідентичний вже існуючому або і т.д .................

Біологія - система наук про живу природу. Серед різних біологічних наук одними з перших, більше двох тисяч років тому, виникли науки, які вивчають рослини - ботаніка (від грец. Ботане - зелень) - і тварин - зоологія (від грец. Зоон - тварина - і логос). Успіхи в розвитку біології згодом зумовили виникнення різних її напрямків, з якими ви познайомитеся в старших класах.

Кожен організм живе в певній середовище. Навколишнє середовище - частина природи, що оточує живі організми, з якої вони взаємодіють. Навколо нас існує безліч живих організмів. Це - рослини, тварини, гриб, бактерії. Кожну з цих груп вивчає окремая біологічна наука.

Значення біології в житті

людини. У наш час перед людством особливо гостровстають такі загальні проблеми, як охорона здоров'я,забезпечення продовольством і збереження різноманітності організмів на нашій планеті. Біологія, дослідження якої спрямовані на вирішення цих та інших питань, тісно взаємодіє з медициною, сільським господарством, промисловістю, зокрема харчової і легкой і т. д.

Ви все знаєте, що, захворівши, людина використовує ліки. Більшість лікарських речовин отримують з рослин або продуктів життєдіяльності мікроорганізмів. Наприклад, життя сотень мільйонів людей зберегло застосування антибіотиків (від грец. Анти - протів - і биос). Їх виробляють певні види грибів і бактерій. Антибіотики вбивають збудників багатьох небезпечних захворювань людини і тварин.

Біологія грає важливу роль і в забезпеченні людства продовольствомем. Вчені створюють нові високоврожайні сорти рослин і породи тварин, що дозволяє отримувати більше продуктів пітания. дослідження біологівспрямовані

на збереження і підвищення родючості грунтів, що забезпечує високі врожаї. Живі організми широко вико льзуются і в промисловості. Наприклад, кисле молоко, кефір, сири людина отримує завдяки діяльності певних видів бактерій і грибів.

Однак активна і часто непродумана господарська діяльність людини призвела до значного забруднення довкілляречовинами, шкідливими для всього живого, до знищення лісів, цілинних степів, водойм. За останні століття зникли тисячі видів тварин, рослин і грибів, а десятки тисяч знаходяться на межі вимирання. А адже зникнення навіть одного якогось виду організмів означає безповоротну втрату для біологічного різноманіття нашої планети. Тому вчені створюють списки видів рослин, тварин і грибів, які потребують охорони (так звані Червоні книги), а також

Відео YouTube

виділяють території, де ці види взяті під охорону (заповідники, національні природние парки і т. д.).

Таким чином, біологія - наука, покликана своїми дослідженнями переконати людей в необхідності дбайливого ставленнядо природи, дотримання її законів. Тому її вважають наукою майбутнього.

Роль біології в сучасній дійсності переоцінити важко, адже вона детально вивчає життя людини у всіх її проявах. В даний час ця наука об'єднує такі важливі поняття, як еволюція, клітинна теорія, генетика, гомеостаз і енергія. В її функції входить дослідження розвитку всього живого, а саме: будова організмів, їх поведінку, а також відносини між собою і взаємозв'язок з навколишнім середовищем.

Значення біології в житті людини становітся зрозумілим, якщо провести паралель між основними проблемами життєдіяльності індивіда, наприклад, здоров'ям, харчуванням, а також вибором оптимальних умов існування. На сьогоднішній день відомі численні науки, які відокремилися від біології, ставши не менш важливими і самостійними. До таких можна віднести зоологію, ботаніку, мікробіологію, а також вірусологію. З них важко виділити найбільш значущі, всі вони представляють собою комплекс найцінніших фундаментальних знань, накопичених цивілізацією.

У цій області знань працювали видатні вчені, такі, якКлавдій Гален, Гіппократ, Карл Лінней, Чарльз Дарвін, Олександр Опарін, Ілля Мечников і багато інших. Завдяки їх відкриттям, особливо вивченню живих організмів, з'явилася наука морфологія, а також фізіологія, яка зібрала в собі знання про системи організмів живих істот. Неоціненну роль у розвитку спадкових захворювань зіграла генетика.

Біологія стала міцним фундаментом в медицині, соціології та екології. Важливо, що ця наука, як і будь-яка інша, не статична, а постійно поповнюється новими знаннями, які трансформуються у вигляді нових біологічних теорій і законів.

Роль біології в сучасному суспільстві, А особ

але в медицині, безцінна. Саме з її допомогою були знайдені способи лікування бактеріологічних і швидко поширюються вірусних захворювань. Кожен раз, коли ми замислюємося над питанням про те, яка роль біології в сучасному суспільстві, згадуємо, що саме завдяки героїзму медиків-біологів зникли з планети Земля вогнища страшних епідемій: чуми, холери, черевного тифу, сибірки, віспи та інших не менш небезпечних для життя людини захворювань.

Можна сміливо стверджувати, спираючись на факти, що роль біології в сучасному суспільстві зростає безперервно. Неможливо собі уявити сучасне життябез селекції, генетичних досліджень, виробництва нових продуктів харчування, а також екологічних джерел енергії.

Основне значення біології полягає в тому, що вона являє собою фундамент і теоретичну базу для багатьох перспективних наук, наприклад, таких, як, генетична інженерія та біоніка. Їй належить велике відкриття - розшифровка генома людини. Такий напрям, як біотехнологія, було також створено на основі знань, об'єднаних в біології. В даний час саме такого характеру технології дозволяють створювати безпечні ліки для профілактики і лікування, яке не завдає шкоди організму. В результаті вдається збільшити не тільки тривалість життя, але і її якість.

Роль біології в сучасному суспільстві закЛючано і в тому, що є такі сфери, де її знання просто необхідні, наприклад, фармацевтична промисловість, геронтологія, криміналістика, сільське господарство, Будівництво, а також освоєння космосу.

Реферат по предмету Концепції сучасного природознавства

Виконала: студентка 1 курсу д \ о Ф-та Економічної теорії отд. Національної економіки Бусигіна О.А.

Саратовський Державний університетімені М. Г. Чернишевського

Ідея еволюції живої природи виникла в Новий час як протиставлення креаціонізму (від лат. "Творення") - вчення про створення світу богом з нічого і незмінності створеного творцем світу. Креаціанізм як світогляд склався в епоху пізньої античності і в Середньовіччя і зайняв панівні позиції в культурі.

Фундаментальну роль у світогляді того часу грали також ідеї телеології - вчення, за яким все в природі влаштовано доцільно і всякий розвиток є здійсненням заздалегідь визначених цілей. Телеологія приписує процесам і явищам природи мети, які або встановлюються богом (Х. Вольф), або є внутрішніми причинами природи (Арістотель, Лейбніц).

У подоланні ідей креаціонізму і телеології важливу роль відіграла концепція обмеженою мінливості видів у межах відносно вузьких підрозділів (від одного єдиного предка) під впливом середовища - трансформизм. Цю концепцію в розгорнутій формі сформулював видатний натураліст 18 століття Жорж Бюффон у своєму 36-томному праці "Природна історія".

Трансформізм в основі своїй має уявлення про зміну і перетворення органічних форм, походження одних організмів від інших. Серед дослідників природи і філософів-трансформистов 17 і 18 століть найбільш відомі також Р. Гук, Ж. Ламетрі, Д. Дідро, Е.Дарвін, І. Гете, Е.Сент-Ілер. Все трансформісти визнавали змінність видів організмів під дією змін навколишнього середовища.

У становленні ідеї еволюції органічного світуістотну роль зіграла систематика - біологічна наука про різноманітність всіх існуючих і вимерлих організмів, про взаємини і родинні зв'язки між їх різними групами(Таксонами). Основними завданнями систематики є визначення шляхом порівняння специфічних особливостей кожного виду і кожного таксону вищого рангу, з'ясування загальних властивостей у тих чи інших таксонів. Основи систематики закладені в працях Дж. Рея (1693) і К. Ліннея (тисячу сімсот тридцять п'ять).

Шведський натураліст 18 століття Карл Лінней вперше послідовно застосував бінарну номенклатуру і побудував найбільш вдалу штучну класифікацію рослин і тварин.

У 1751 році вийшла його книга "Філософія ботаніки", в якій К. Лінней писав: "Штучна система слугує лише до тих пір, поки не знайдена природна. Перша вчить лише розпізнавати рослини. Друга навчить нас пізнавати природу самого рослини". І далі: "Природний метод є остання мета ботаніки".

Те, що Лінней називає "природним методом", є по суті деяка фундаментальна теорія живого. Заслуга Ліннея в тому, що через створення штучної системи він підвів біологію до необхідності розгляду колосального емпіричного матеріалу з позицій загальних теоретичних принципів.

Велику роль в становленні і розвитку ідеї еволюції живої природи зіграла ембріологія, для якої в Новий час було характерне протистояння преформізма і епігенеза.

Преформізм - від лат. "Предобразую" - вчення про наявність в статевих клітинах матеріальних структур, які зумовлюють розвиток зародка і ознаки розвивається з нього організму.

Преформізм виник на базі панував в 17-18 століттях уявлення про преформации, згідно з яким сформувався організм нібито предобразован в яйці (овісти) або сперматозоїді (анімалькулісти). Преформісти (Ш. Бонні, А. Галлер та ін) вважали, що проблема ембріонального розвитку має отримати свій дозвіл з позицій загальних принципів буття, що осягаються виключно розумом, без емпіричних досліджень.

Епігенез - це вчення, згідно з яким в процесі зародкового розвитку відбувається поступове і послідовне новоутворення органів і частин зародка з безструктурної субстанції плідного яйця.

Епігенез як навчання склався в 17-18 століттях в боротьбі з преформізмом. Епігенетичні уявлення розвивали У.Гарвей, Ж.Бюффона, К.Ф.Вольфа. Епігенетики відмовилися від ідеї божественного творіння живого і підійшли до наукової постановки проблеми походження життя.

Таким чином, в 17-18 століттях виникала ідея історичних змінспадкових ознак організмів, незворотного історичного розвитку живої природи - ідея еволюції органічного світу.

Еволюція - від лат. "Розгортання" - історичний розвиток природи. В ході еволюції, по-перше, виникають нові види, тобто збільшується різноманітність форм організмів. По-друге, організми адаптуються, тобто пристосовуються до змін умов зовнішнього середовища. По-третє, в результаті еволюції поступово підвищується загальний рівень організації живих істот: вони ускладнюються і вдосконалюються.

Перехід від уявлення про трансформації видів до ідеї еволюції, історичного розвитку видів припускав, по-перше, розгляд процесу утворення видів у його історії, облік конструктивну роль фактора часу в історичному розвитку організмів, а по-друге, розвиток ідей про виникнення якісно нового в такому історичному процесі. Перехід від трансформизма до еволюціонізму в біології відбувся на рубежі 18-19 століть.

Перші еволюційні теорії були створені двома великими вченими 19 століття - Ж. Ламарком і Ч. Дарвіном.

Жан Батіст Ламарк і Чарльз Роберт Дарвін створили еволюційні теорії, які протилежні за строю, характеру аргументації, основним висновків. Їх історичні долі також склалися по-різному. Теорія Ламарка не отримала широкого визнання сучасників, у той час як теорія Дарвіна стала основою еволюційного вчення. В даний час і дарвінізм, і ламаркізм продовжують впливати на наукові концепції, хоча і по-різному.

У 1809 році вийшла книга Ламарка "Філософія зоології", в якій була викладена перша цілісна теорія еволюції органічного світу.

Ламарк в цій книзі дав відповіді на питання, що стоять перед еволюційною теорією, шляхом логічних висновків з деяких прийнятих ним постулатів. Він вперше виділив два найзагальніших напрямки еволюції: висхідний розвиток від найпростіших форм життя до все більш складним і досконалим і формування у організмів пристосувань в залежності від змін зовнішнього середовища (розвиток "по вертикалі" і "по горизонталі"). Ламарк був одним з перших дослідників природи, які розвинули ідею еволюції органічного світу до рівня теорії.

Ламарк включив в своє вчення якісно нове розуміння ролі середовища в розвитку органічних форм, трактуючи зовнішнє середовище як важливий фактор, умова еволюції.

Ламарк вважав, що історичний розвиток організмів має не випадковий, а закономірний характер і відбувається в напрямку поступового і неухильного вдосконалення. Ламарк назвав це підвищення загального рівняорганізації градацією.

Рушійною силою градацій Ламарк вважав "прагнення природи до прогресу", "прагнення до вдосконалення", спочатку прсущее всім організмам і закладене в них Творцем. При цьому організми здатні доцільно реагувати на будь-які зміни зовнішніх умов, пристосовуватися до умов зовнішнього середовища. Це положення Ламарк конкретизував в двох законах:

1) активно використовується орган посилено розвивається, а непотрібний зникає;

2) зміни, придбані організмами при активному використанні одних органів і невикористання інших, зберігаються у потомства.

Роль середовища в еволюції організмів по-різному розглядається різними напрямками еволюційного вчення.

Для напрямків в еволюційному вченні, які розглядають історичний розвиток живої природи як пряме пристосування організмів до середовища проживання, використовується загальна назва - ектогенез (від грец. Слів "поза, зовні" і "виникнення, освіта"). Прихильники ектогенеза розглядають еволюцію як процес прямого пристосування організмів до середовища і простого підсумовування змін, що здобуваються організмами під впливом середовища.

Навчання, обясняется еволюцію організмів дією тільки внутрішніх нематеріальних факторів ( "принципом вдосконалення", "силою росту" і ін.), Об'єднуються загальною назвою - Автогенез.

Ці вчення розглядають еволюцію живої природи як процес, незалежний від зовнішніх умов, що направляється і регульований внутрішніми факторами. Автогенез протилежний ектогенез.

Автогенез близький віталізму - сукупності течій в біології, згідно з якими життєві явища пояснюються присутністю в організмах нематеріальної надприродної сили ( "життєва сила", "душа", "ентелехія", "архей"), що управляє цими явищами. Віталізм- від лат. "Життєвий" - пояснює життєві явища дією особливого нематеріального початку.

По-своєму ідея еволюції органічного світу розвивалася в теорії катастроф.

Французький біолог Жорж Кюв'є (1769-1832) писав:

"Життя не раз вражала на нашій землі страшними подіями. Незліченні живі істоти ставали жертвою катастроф: одні, мешканці суші, були поглинаємі потопами, інші, що населяли надра вод, виявлялися на суші разом з раптово піднесеним дном моря, самі їх раси навіки зникали, залишивши на світлі лише деякі залишки, ледь помітні для натуралістів ".

Розвиваючи такі погляди, Кюв'є став засновником теорії катастроф - концепції, в якій ідея біологічної еволюції виступила як похідна від більш загальної ідеї розвитку глобальних геологічних процесів.

Теорія катастроф (катастрофізм) виходить з уявлень про єдність геологічних і біологічних аспектів еволюції.

В теорії катастроф прогрес органічних форм о'ясняется через визнання незмінності окремих біологічних видів.

Проти вчення катастрофізму виступили прихильники іншої концепції еволюції, які також орієнтувалися переважно на геологічну проблематику, але виходили з уявлень про тотожність сучасних і давніх геологічних процесів - концепції уніформізм.

Уніформізм складався під впливом успіхів класичної механіки, перш за все небесної механіки, галактичної астрономії, уявлень про нескінченність і безмежності природи у просторі та часі. У 18-першій половині 19 століття концепцію уніформізм розробили Дж. Геттон, Ч. Лайель, М.В. Ломоносов, К.Гофф і ін. Ця концепція спирається на уявлення про одноманітність і безперервності законів природи, їх незмінності протягом історії Землі; відсутності усіляких переворотів і стрибків в історії Землі; підсумовуванні дрібних відхилень протягом великих періодів часу; потенційної оборотності явищ і запереченні прогресу в розвитку.

Чарльз Дарвін у своїй основній праці "Походження видів шляхом природного відбору" (1859), узагальнивши емпіричний матеріал сучасної йому біології та селекційної практики, використавши результати власних спостережень під час подорожей, кругосвітнього плавання на кораблі "Бігль", розкрив основні фактори еволюції органічного світу. У книзі "Зміна домашніх тварин і культурних рослин" (т.1-2, 1868) він виклав додатковий фактичний матеріал до основного праці. У книзі "Походження людини і статевий відбір" (1871) висунув гіпотезу походження людини від мавпоподібних предків.

В основі теорії Дарвіна - властивість організмів повторювати в ряді поколінь подібні типи обміну речовин та індивідуального розвитку в цілому - властивість спадковості.

Спадковість разом з мінливістю забезпечує сталість і різноманіття форм життя і лежить в основі еволюції живої природи.

Одне з основних понять своєї теорії еволюції - поняття "боротьба за існування" - Дарвін вживав для позначення відносин між організмами, а також відносин між організмами і абіотичних умов, що призводять до загибелі менш пристосованих і виживання більш пристосованих особин.

Поняття "боротьба за існування" відображає ті факти, що кожен вид виробляє більше особин, ніж їх доживає до дорослого стану, і що кожна особина протягом своєї життєдіяльності вступає в безліч відносин з біотичних і абіотичних факторів середовища.

Дарвін виділив дві основні форми мінливості:

Певну мінливість - здатність всіх особин одного і того ж виду в певних умовах зовнішнього середовища однаковим чином реагувати на ці умови (клімат, грунт);

Невизначену мінливість, характер якої не відповідає змін зовнішніх умов.

У сучасній термінології невизначена мінливість називається мутацією.

Мутація - невизначена мінливість на відміну від певної носить спадковий характер. За Дарвіном, незначні зміни в першому поколінні посилюються в наступних. Дарвін підкреслював, що вирішальну роль в еволюції грає саме невизначена мінливість. Вона пов'язана зазвичай із шкідливими і нейтральними мутаціями, але можливі і такі мутації, які виявляються перспективними.

Неминучим результатом боротьби за існування і спадкової мінливості організмів, за Дарвіном, є процес виживання і відтворення організмів, найбільш пристосованих до умов середовища, і загибелі в ході еволюції непристосованих - природний відбір.

Механізм природного відбору в природі діє аналогічно селекціонерам, тобто складає незначні і невизначені індивідуальні відмінностіі формує з них у організмів необхідні пристосування, а також міжвидові відмінності. Цей механізм вибраковує непотрібні форми і утворює нові види.

За часів Дарвіна спадковість представляли як якесь загальна властивість організму, притаманне йому як цілому. У зв'язку з цим шотландський інженер Флемінг Дженкин увійшов в історію біології, висунувши заперечення проти теорії Дарвіна. Він вважав, що нові корисні ознаки деяких особин даного виду повинні швидко зникнути при схрещуванні з іншими, більш численними особинами.

Заперечення Дженкина сам Дарвін вважав дуже серйозним, охрестивши "кошмаром Дженкина". Ці заперечення були спростовані лише коли стало ясно, що апарат спадковості сформований окремими структурними та функціональними одиницями - генами.

У 1865 році були опубліковані результати робіт з гібридизації сортів гороху, де були відкриті найважливіші закони спадковості. Автор цих робіт - чеський дослідник Грегор Мендель показав, що ознаки організмів визначаються дискретними спадковими факторами. Однак ці роботи залишалися практично невідомими майже 35 років - з 1865 по 1900.

У 1900 році закони Менделя були перевідкриття незалежно відразу трьома вченими - Г. де Фріз у Голландії, К.Корренсом в Німеччині і Е.Чермаком в Австрії.

Отже, дискретні спадкові задатки були відкриті в 1865 році Менделем. У 1909 датський вчений В. Йогансен назвав їх генами (від грец. Слова "походження"). До теперішнього часу встановлено, що ген - одиниця спадкового матеріалу, відповідальна за формування якого-небудь елементарного ознаки, тобто одиниця спадкової інформації - представляє собою ділянку молекули ДНК (або РНК у деяких вірусів) хромосоми.

Хромосоми - це структурні елементи ядра клітини, які складаються з молекули ДНК і білків, містять набір генів з укладеної в них спадковою інформацією. Хромосомна теорія спадковості, розроблена в 1910-1915 роках в працях А.Вейсмана, Т.Моргана, А. Стертеванта, Г.Дж. Меллера і ін., Стверджує, що передача ознак і властивостей організму від покоління до покоління (спадковість) здійснюється в основному через хромосоми, в яких розташовані гени.

У 1944 році американськими биохимиками (О. Евері та ін.) Було встановлено, що носієм властивості спадковості є ДНК. З цього часу почався швидкий розвиток науки, що досліджує основні прояви життя на молекулярному рівні. Тоді ж вперше з'явився новий термін для позначення цієї науки - молекулярна біологія.

Молекулярна біологія досліджує, яким чином і якою мірою ріст і розвиток організмів, зберігання і передача спадкової інформації, перетворення енергії в живих клітинах і інші явища обумовлені структурою і властивостями біологічно важливих молекул (головним чином білків і нуклеїнових кислот).

У 1953 році була розшифрована структура ДНК (Ф. Крик, Д. Уотсон). Розшифровка структури ДНК показала, що молекула ДНК складається з двох комплементарних полінуклеотидних ланцюгів, кожна з яких виступає в якості матриці для синтезу нових аналогічних ланцюгів. Властивість подвоєння ДНК забезпечує явище спадковості.

Розшифровка структури ДНК була революцією в молекулярній біології, яка відкрила період найважливіших відкриттів, Загальний напрямок яких - вироблення уявлень про сутність життя, про природу спадковості, мінливості, обміну речовин і ін.

Відповідно до молекулярною біологією, білки - це дуже складні макромолекули, структурними елементамияких є амінокислоти. Структура білка задається послідовністю що утворюють його амінокислот. При цьому з 100 відомих в органічної хіміїамінокислот в утворенні білків всіх організмів використовується тільки двадцять. До сих пір не ясно, чому саме ці 20 амінокислот синтезують білки органічного світу. Взагалі, в будь-якому істоту, що живе на Землі, присутні 20 амінокислот, 5 підстав, 2 вуглеводу й 1 фосфат.

Підставою всім системи сучасної еволюційної біології виступає синтетична теорія еволюції, принципові положення якої були закладені роботами С.С.Четверікова, Р.Фішера, С.Райта, Дж.Холдейна, Н.П.Дубинина і ін.

Елементарної клітинкою синтетичної теорії еволюції є популяція - сукупність особин одного виду, які тривалий час займає певний простір і відтворює себе протягом великої кількості поколінь. Елементарною одиницею спадковості виступає ген. Спадкове зміна популяції в якомусь певному напрямку здійснюється під впливом таких еволюційних факторів, як мутаційний процес, популяційні хвилі, ізоляція, природний відбір.

Таким чином, в синтетичної теорії еволюції на перший план виступає не оногенез - сукупність перетворень, що відбуваються в організмі від зародження до кінця життя, тобто індивідуальний розвиток організму, а розвиток популяцій.

Онтогенетический рівень організації життя на Землі пов'язаний з життєдіяльністю окремих біологічних особин, дискретних індивідуумів, а популяційний рівень надиндівідуален.

Популяція це сукупність особин одного виду, що населяють певну територію, більш-менш ізольовану від сусідніх сукупностей того ж виду.

Види - це системи популяцій. Популяції та види як надіндивідуальних освіти здатні до існування протягом тривалого часу і до самостійного еволюційному розвитку.

Популяції - це генетичні відкриті системи, Тому що особини з різних популяцій іноді схрещуються. Види є найменшими генетично закритими сістемамі.Совокупность спільно мешкають популяцій різних видівживих організмів називається біоценозом.

Біоценоз - сукупність рослин, тварин, грибів і мікроорганізмів, що населяють ділянку середовища з більш-менш однорідними умовами існування і характеризуються певними взаємозв'язками між собою і пристосованістю до умов навколишнього середовища (наприклад, біоценоз озера, ліси і т.д.). Сукупність рослин на ділянці з однаковими природними умовами, Які взаємодіють один з одним і зі своїм оточенням, називається фітоценозів або рослинним спільнотою. Рослинна співтовариство (фітоценоз) - сукупність видів рослин на однорідному ділянці, що перебувають в складних взаєминах між собою і з умовами навколишнього середовища (ліс, степ, луг і т.д.). Фітоценоз характеризується певним видовим складом, будовою і складанням. Фітоценоз - це частина біоценозу.

Біоценози входять в якості складових частинв ще більш складні системи, що представляють собою взаємообумовлених комплекс живих і абіотичних компонентів, пов'язаних між собою обміном речовин і енергією - в біогеоценози.

Біогеоценоз - це однорідний ділянку земної поверхніз певним складом живих (біоценоз) і абіотичних відсталих (приземної шар атмосфери, сонячна енергія, грунт і ін.) компонентів і динамічною взаємодією між ними (обміном речовин і енергії). Термін запропонував В.М.Сукачев (1940 г). Іноді цей термін вживається як синонім екосистеми. Розділ біології, який вивчає екологічні системи (біоценози, біогеоценози), називається биогеоценология.

У розвитку екосистем велику роль відіграють організми, здатні самостійно синтезувати органічну речовину з неорганічних сполук. Ці організми називаються автотрофами.

Автотрофи - це організми, які синтезують з неорганічних речовин(Головним чином води, двоокису вуглецю, неорганічних сполук азоту) всі необхідні для життя органічні речовини, Використовуючи енергію фотосинтезу (всі зелені рослини - фототрофи) або хемосинтезу (деякі бактерії - хемотрофи).

Автотрофи служать первинної біотичної основою для складання біогеоценозів.

Організми, що використовують для харчування органічні речовини, вироблені іншими організмами, називаються гетеротрофами. До гетеротрофних організмам відноситься чоловік, всі тварини, гриби, більшість бактерій, вірусів.

Автотрофні рослини і мікроорганізми представляють життєве середовище для гетеротрофів. Складається биогеоценотический комплекс, який може існувати віками.

Простір, що включає навколоземну атмосферу і зовнішню оболонку Землі, освоєний живими організмами і знаходиться під впливом їх життєдіяльності, називається біосферою.

Біосфера Землі утворюється всією сукупністю біогеоценозів, пов'язаних між собою кругообігом речовин і енергії. Вона являє собою область активного життя, що охоплює нижню частину атмосфери, гідросферу і верхню частину літосфери. У біосфері живі організми і середовище їхнього життя органічно пов'язані і взаємодіють один з одним, утворюючи цілісну динамічну систему. Термін "біосфера" введений в 1875 р Е. Зюсом. Вчення про біосферу як про активну оболонку Землі, в якій сукупна діяльність живих організмів (в тому числі людини) проявляється як геохімічний фактор планетарного масштабу і значення, створив В. І. Вернадський (1926 р).

Наука про походження і еволюцію людини, утворення людських расі про нормальні варіації фізичної будови людини називається антропологією.

Антропологія як самостійна наука сформувалася в середині XIX століття. Основні розділи антропології: морфологія людини, вчення про антропогенез, расознавство.

Процес історико-еволюційного формування фізичного типу людини, первісного розвитку його трудової діяльності, Мови, а також суспільства називається антропогенезом або антропосоціогенезу.

Проблеми антропогенезу стали вивчатися в XVIII столітті. До цього часу панувало уявлення, що людина і народи завжди були і є такими, як їх створив творець. Однак поступово в науці, культурі, суспільній свідомостізатверджувалася ідея розвитку, еволюції, в тому числі і стосовно до людини і суспільства.

Однак навіть Ламарк не зважувався довести до логічного завершення ідею еволюції тварин і людини і заперечувати роль бога в походженні людини (у своїй "Філософії зоології" він писав про інше походження людини, ніж тільки лише від тварин).

Революційну роль у вченні про антропогенез зіграли ідеї Дарвіна. Він писав: "Той, хто не дивиться, подібно дикуну, на явища природи як на щось нескладне, не може більше думати, щоб людина була плодом окремого акта творіння".

Людина одночасно і біологічна істота, і соціальне, тому антропогенез невідривно пов'язаний з соціогенез, будучи по суті єдиний процес антропосоціогенезу.

Зберігання та передачу спадкової інформації в живих організмах забезпечують природні органічні полімери - нуклеїнові кислоти. Розрізняють їх два різновиди - дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) і рибонуклеїнової кислоту (РНК). До складу ДНК входять азотисті основи (аденін (А), гуанін (Г), тимін (Т), цитозин (Ц)), дезоксирибоза С5Н10О4 і залишок фосфорної кислоти. До складу РНК замість тиміну входить урацил (У), а замість дезоксирибози - рибоза (С5Н10О5). Мономерами ДНК і РНК є нуклеотиди, які складаються з азотистих, пуринових (аденін і гуанін) і піримідинових (урацил, тимін і цитозин) підстав, залишку фосфорної кислоти і вуглеводів (рибози і дезоксирибози).

Молекули ДНК містяться в хромосомах ядра клітини живих організмів, в еквівалентних структурах мітохондрій, хлоропластів, в прокаріотних клітинах і в багатьох віруси. За своєю структурою молекула ДНК схожа на подвійну спіраль. структурна модельДНК у вигляді подвійної спіралі вперше запропонована в 1953 р американським біохіміком Дж. Уотсоном (р. 1928) і англійським біофізиком і генетиком Ф. Криком (р. 1916), відзначеними разом з англійським біофізиком М. Уїлкинсоном (р. 1916), який отримав рентгенограму ДНК, Нобелівської премії 1962 р

Нуклеотиди з'єднуються в ланцюг за допомогою ковалентнйх зв'язків. Освічені таким чином ланцюги нуклеотидів об'єднується в одну молекулу ДНК по всій довжині водневими зв'язками: адениновую нуклео-тид одного ланцюга з'єднується з тимінових нуклеотидом іншого ланцюга, а гуанінових - з цитозинових. При цьому аденін завжди розпізнає тільки тимін і зв'язується з ним і навпаки. Подібну пару утворюють гуанін і цитозин. Такі пари основ, як і нуклеотиди, називаються комплементарними, а сам принцип формування дволанцюгової молекули ДНК - принципом комплементарності. Число нуклеотидних пар, наприклад, в організмі людини становить 3 - 3,5 млрд.

ДНК - матеріальний носій спадкової інформації, яка кодується послідовністю нуклеотидів. Розташування чотирьох типів нуклеотидів в ланцюгах ДНК визначає послідовність амінокислот в молекулах білка, тобто їх первинну структуру. Від набору білків залежать властивості клітин і індивідуальні ознаки організмів. Певне поєднання нуклеотидів, що несуть інформацію про структуру білка, і послідовність їх розташування в молекулі ДНК утворюють генетичний код. Ген (від грец. Genos - рід, походження) - одиниця спадкового матеріалу, відповідальна за формування якого-небудь ознаки. Він займає ділянку молекули ДНК, що визначає структуру однієї молекули білка. Сукупність генів, що містяться в одинарному наборі хромосом даного організму, називається геномом, а генетична конституція організму (сукупність всіх його генів) - генотипом. Порушення послідовності нуклеотидів у ланцюгу ДНК, а отже, в генотипі призводить до спадкових змін в організмі-мутацій.

Генетичний код має дивовижні властивості. Головне з них - триплетність: одна амінокислота кодується трьома поруч распо хибна нуклеотидами - кодонів, званим кодоном. При цьому кожен кодон кодує тільки одну амінокислоту. Інший не менш важлива властивість - код єдиний для всього живого на Землі. Це властивість генетичного коду разом зі схожістю амінокислотного складу всіх білків свідчить про біохімічному єдність життя, яке, мабуть, відображає походження всіх живих істот від єдиного предка.

Для молекул ДНК характерно важлива властивість подвоєння - утворення двох однакових подвійних спіралей, кожна з яких ідентична вихідної молекулі. Такий процес подвоєння молекули ДНК називається реплікацією. Реплікація включає в себе розрив старих і формування нових водневих зв'язків, які об'єднують ланцюга нуклеотидів. На початку реплікації дві старі ланцюга починають розкручуватися і відділятися один від одного. Потім за принципом комплементарності до двох старих ланцюгів прилаштовуються нові. Так утворюються дві ідентичні подвійні спіралі. Реплікація забезпечує точне копіювання генетичної інформації, що містяться в молекулах ДНК, і передає її у спадок від покоління до покоління.

Напередодні відкриття структури молекули ДНК відомі біологи вважали, що вторгнутися в спадковий апарат, а тим більше маніпулювати з ним наука зможе лише в XXI ст. Однак, незважаючи на складність структури і властивостей спадкового матеріалу, вже в кінці XX ст. народилася нова галузь молекулярної біології і генетики - генна інженерія, основне завдання якої полягає в конструюванні нових, що не існують в природі поєднань генів. Останнім часом ця галузь називається генної технологією. Вона відкриває можливості виведення нових сортів культурних рослин і високопродуктивних порід тварин, створення ефективних лікарських препаратів і т.д.

Проведені останнім часом дослідження показали, що спадковий матеріал не старіє. Генетичний аналіз ефективний навіть в тому випадку, коли молекули ДНК належать досить далеким один від одного поколінням. Порівняно недавно була поставлена ​​задача визначити, кому належать останки, знайдені в похованні під Єкатеринбургом. Царської чи сім'ї, розстріляної в цьому місті в 1918 г.? Або сліпий випадок зібрав в одну могилу таке ж число чоловічих і жіночих останків? Адже в роки громадянської війнизагинули мільйони ... Зразки останків були відправлені в англійський Центр судово-медичної експертизи - там вже накопичено великий досвід генного аналізу. З кісткової тканини дослідники виділили молекули ДНК і провели аналіз. З точністю 99% встановлено: у досліджуваній групі знаходяться останки батька, матері і їх трьох дочок. Але може бути, це не царська сім'я? Треба було довести спорідненість знайдених останків з членами англійського королівського дому, з яким Романови пов'язані досить близькими родинними узами. Аналіз підтвердив Спорідненість загиблих з англійським королівським будинком, і служба судово-медичної експертизи зробила висновок: знайдені під Екатрінбургом останки належать царської сім'їРоманових.

Одне з чудес природи - неповторна індивідуальність кожного, хто живе на Землі людини. «Не порівнюй - живе непорівнянний» писав О. Мандельштам. Вченим довгий час не вдавалося знайти ключ до розгадки індивідуальності людини. Зараз відомо, що вся інформація про будову і розвиток живого організму «записана» в його геномі. Генетичний код, наприклад, забарвлення очей людини відрізняється від генетичного коду забарвлення очей кролика, але у різних людей він має однакову структуру і складається з одних і тих же послідовностей ДНК.

Вчені спостерігають велике розмаїття білків, у тому числі побудовано живі організми, і дивовижне одноманітність кодують їх генів. Зрозуміло, в геномі кожної людини повинні бути якісь області, що визначають його індивідуальність. Довгий пошук увінчався успіхом - в 1985 р в геномі людини виявлені особливі сверхізменчівие ділянки - міні-сателіти. Вони виявилися настільки індивідуальні у кожної людини, що з їх допомогою вдалося отримати своєрідний «портрет» його ДНК, точніше, певних генів. Як же виглядає цей «портрет»? Це складне поєднання темних і світлих смуг, схоже на злегка розмитий спектр, або на клавіатуру з темних і світлих клавіш різної товщини. Таке поєднання смуг називають ДНК-відбитками за аналогією з відбитками пальців.

Біотехнології засновані на використанні живих організмів і біологічних процесів в промисловому виробництві. На їх базі освоєно масове виробництво штучних білків, поживних і багатьох інших речовин. Успішно розвивається мікробіологічний синтез ферментів, вітамінів, амінокислот, антибіотиків і т.п. Із застосуванням генних технологій і природних біоорганічних матеріалів синтезуються біологічно активні речовини - гормональні препарати і з'єднання, що стимулюють імунітет.

Для збільшення виробництва продуктів харчування потрібні штучні речовини, що містять білки, необхідні для життєдіяльності живих організмів. Завдяки найважливіших досягнень біотехнології в даний час проводиться безліч штучних поживних речовин, за багатьма Властивостям переважаючих продукти природного походження.

Сучасна біотехнологія дозволяє перетворити відходи деревини, соломи і інше рослинна сировина в цінні поживні білки. Вона включає процес гидролизации проміжного продукту - целюлози - і нейтралізацію утворюється глюкози з введенням солей. Отриманий розчин глюкози являє собою поживний субстрат мікроорганізмів - дріжджових грибків. В результаті життєдіяльності мікроорганізмів утворюється світло-коричневий порошок - високоякісний харчовий продукт, який містить близько 50% білка-сирцю і різні вітаміни. Живильним середовищем для дріжджових грибків можуть служити і такі що містять цукор розчини, як паточная барда і сульфітно луг, що утворюється при виробництві целюлози.

Деякі види грибків перетворюють нафту, мазут і природний газ в харчову біомасу, багату білками. Так, з 100 т неочищеного мазуту можна отримати 10 т дріжджовий біомаси, що містить 5 т чистого білка і 90 т дизельного палива. Стільки ж дріжджів виробляється з 50 т сухої деревини або 30 тис. М3 природного газу. Для виробництва даної кількості білка треба було б стадо корів з 10 000 голів, а для їх утримання потрібні величезні площі орних земель. Промислове виробництво білків повністю автоматизовано, і дріжджові культури ростуть в тисячі разів швидше, ніж велика рогата худоба. Одна тонна харчових дріжджів дозволяє отримати близько 800 кг свинини, 1,5-2,5 т птиці або 15-30 тис. Яєць і заощадити при цьому до 5 т зерна.

Деякі види біотехнологій включають процеси бродіння. Спиртове бродіння відомо ще в кам'яному столітті - в стародавньому Вавилоні варили близько 20 сортів пива. Багато століть назад почалося масове виробництво алкогольних напоїв. Ще одне важливе досягненняв мікробіології - розробка в 1947 р пеніциліну. Двома роками пізніше на основі глутамінової кислоти шляхом біосинтезу вперше отримані амінокислоти. До теперішнього часу налагоджено виробництво антибіотиків, вітамінно-білкових добавок до продуктів харчування, стимуляторів росту, бактеріологічних добрив, засобів захисту рослин та ін.

З використанням рекомбінантних ДНК вдалося синтезувати ферменти і тим самим розширити їх сферу застосування в біотехнології. З'явилася можливість робити безліч ферментів при порівняно невисокій їх собівартості. Відомі мікроорганізми, які переробляють глюкозу в багато корисні хімічні продукти. Однак частіше таке рослинна сировина споживається в якості харчових продуктів. Для ферментації можна використовувати біомасу у вигляді відходів сільського та лісового господарств. Однак вона містить лігнін, що перешкоджає биокаталитических розщепленню і ферментації целюлозних компонентів. Тому природне біомасу необхідно попередньо очистити від лігніну.

Подальший розвиток біотехнологій пов'язано з модифікацією генетичного апарату живих систем.

Генні технології засновані на методах молекулярної біології і генетики, пов'язаних з цілеспрямованим конструюванням нових, що не існують в природі поєднань генів. Генні технології зароджувалися на початку 70-х років XX ст. як методи рекомбінантних ДНК, названі генною інженерією. Основна операція генної технології полягає в вилученні з клітин організму гена, що кодує потрібний продукт, або групи генів і з'єднання їх з молекулами ДНК, здатними розмножуватися в клітинах іншого організму. На початковій стадії розвитку генних технологій було отримано ряд біологічно активних сполук - інсулін, інтерферон та ін. Сучасні генні технології об'єднують хімію нуклеїнових кислот і білків, мікробіологію, генетику, біохімію і відкривають нові шляхи вирішення багатьох проблем біотехнології, медицини та сільського господарства.

Основна мета генних технологій - видозмінити ДНК, закодований її для виробництва білка з заданими властивостями. Сучасні експериментальні методи дозволяють аналізувати і ідентифікувати фрагменти ДНК і генетично видозміненій клітини, в які введена потрібна ДНК. Над біологічними об'єктами здійснюються Цілеспрямовані хімічні операції, що і складає основу генних технологій.

Генні технології привели до розробки сучасних методів аналізу генів і геномів, а вони, в свою чергу, - до синтезу, тобто до конструювання нових, генетично модифікованих мікроорганізмів. До теперішнього часу встановлено нуклеотидні послідовності різних мікроорганізмів, включаючи промислові штами, і ті, які потрібні для дослідження принципів організації геномів і для розуміння механізмів еволюції мікробів. Промислові мікробіологи, в свою чергу, переконані, що знання нуклеотиднихпослідовностей геномів промислових штамів дозволить «програмувати» їх на те, щоб вони приносили великий дохід.

Клонування еукаріотних (ядерних) генів в бактеріях і є той принциповий метод, який привів до бурхливого розвитку мікробіології. Фрагменти геномів тварин і рослин для їх аналізу клонують саме в мікроорганізмах. Для цього в якості молекулярних векторів - переносників генів - використовують штучно створені плазміди, а також безліч інших молекулярних утворень для виділення і клонування.

За допомогою молекулярних проб (фрагментів ДНК з певною послідовністю нуклеотидів) можна визначати, скажімо, чи заражена донорська кров вірусом СНІДу. А генні технології для ідентифікації деяких мікробів дозволяють стежити за їх розповсюдженням, наприклад всередині лікарні або при епідеміях.

Генні технології виробництва вакцин розвиваються в двох основних напрямках. Перше - поліпшення вже існуючих вакцин і створення комбінованої вакцини, тобто що складається з декількох вакцин. Другий напрямок - отримання вакцин проти хвороб: СНІДу, малярії, виразкової хвороби шлунка та ін.

За останні роки генні технології значно поліпшили ефективність традиційних штамів-продуцентів. Наприклад, у грибного штаму-продуцента антибіотика цефалоспорина збільшили число генів, що кодують експандазу, активність якої задає швидкість синтезу цефалоспорина. В результаті вироблення антибіотика зросла на 15-40%.

Проводиться цілеспрямована робота по генетичній модифікації властивостей мікробів, які використовуються у виробництві хліба, сироварінні, молочної промисловості, пивоварінні та виноробстві, щоб збільшити стійкість виробничих штамів, підвищити їх конкурентоспроможність по відношенню до шкідливих бактерій і поліпшити якість кінцевого продукту.

Генетично модифіковані мікроби приносять користь у боротьбі зі шкідливими вірусами і мікробами і комахами. Ось приклади. В результаті модифікації тих чи інших рослин можна підвищити їх стійкість до інфекційних хвороб. Так, в Китаї стійкі до вірусів тютюн, томати і солодкий перець вирощують уже на великих площах. Відомі трансгенні томати, стійкі до бактеріальної інфекції, картопля і кукурудза, стійкі до грибків.

В даний час трансгенні рослини промислово вирощуються в США, Аргентині, Канаді, Австрії, Китаї, Іспанії, Франції та Інших країнах. З кожним роком збільшуються площі під трансгенними рослинами. Особливо важливо використовувати трансгенні рослини в країнах Азії і Африки, де найбільш великі втрати врожаю від бур'янів, хвороб і шкідників і в той же час найбільше бракує харчів.

Чи не призведе широке впровадження в практику генних технологій до появи ще не відомих епідеміологів захворювань та інших небажаних наслідків? Практика показує, що генні технології з початку їх розвитку донині, тобто протягом більше 30 років, не принесли жодного негативного наслідку. Більш того, виявилося, що все рекомбінантні мікроорганізми, як правило, менш вірулентніші, тобто менше хвороботворних, ніж їх вихідні форми. Однак біологічні феномени такі, що про них ніколи не можна з упевненістю сказати: цього ніколи не станеться. Більш правильно говорити так: ймовірність того, що це трапиться, дуже мала. І тут як безумовно позитивне важливо відзначити, що всі види робіт з мікроорганізмами строго регламентовані, і мета такої регламентації - зменшити ймовірність поширення інфекційних агентів. Трансгенні штами не повинні містити генів, які після їх перенесення в інші бактерії зможуть дати небезпечний ефект.

Народилося ягня, генетично не відрізняється від особини, що дала соматичну клітину. Може бути, соматична клітина людини здатна породити новий повноцінний організм. Клонування людини - це шанс мати дітей для тих, хто страждає на безпліддя; це банки клітин і тканин, запасні органи замість тих, що приходять в непридатність; нарешті, це можливість передати прийдешнім не половину своїх генів, а весь геном - відтворити дитини, який буде копією одного з батьків. Разом з тим залишається відкритим питання про правовий і моральному аспекті даних можливостей. Подібного роду доводами в 1997-1998 рр. були переповнені різні джерела масової інформації в багатьох країнах.

За прийнятим в науці визначенням, клонування - це точне відтворення того чи іншого живого об'єкта в якійсь кількості копій. Відтворені копії мають ідентичну спадковою інформацією, тобто мають однаковий набір генів.

У ряді випадків клонування живого організму не викликає особливого подиву і відноситься до відпрацьованої процедури, хоча і не такий вже простий. Генетики отримують клони, коли вони вживали об'єкти розмножуються за допомогою партеногенезу - безстатевим шляхом, без попереднього запліднення. Природно, ті особини, які розвиваються з тієї чи іншої вихідної статевої клітини, будуть в генетичному відношенні однаковими і можуть скласти клон. У нашій країні блискучі роботи за подібним клонування виконують на шовкопряда доведені клони шовкопряда відрізняються високою продуктивністю по виробленню шовку і славляться на весь світ.

Однак мова йде про інше клонування - про отримання точних копій, наприклад корови з рекордним надоєм молока або геніальної людини. Ось при такому клонуванні і виникають вельми і вельми великі складності.

Ще в далекі 40-ті роки XX ст. російський ембріолог Г.В. Лопашов розробив метод пересадки (трансплантації) ядер в яйцеклітину жаби. У червні 1948 року він відправив в «Журнал загальної біології» статтю, написану за матеріалами своїх експериментів. Однак на його біду в серпні 1948 року відбулася сумнозвісна сесія ВАСГНІЛ, з волі партії затвердила безмежне панування в біології Трохима Лисенка (1898-1976), і набір статті Лопашова, прийнятої до друку, був розсипаний, оскільки вона доводила провідну роль ядра і містяться в ньому хромосом в індивідуальному розвитку організмів. Роботу Лопашова забули, а в 50-ті роки XX ст. американські ембріологи Бріггс і Кінг виконали подібні досліди, і пріоритет дістався їм, як часто траплялося в історії російської науки.

У лютому 1997 р повідомлялося про те, що в лабораторії шотландського вченого Яна Вільмута в Рослінському інституті (Единбург) розроблено ефективний метод клонування ссавців і на його основі народилася вівця Доллі. Говорячи доступною мовою, Вівця Доллі не має батька - їй дала початок клітина матері, яка містить подвійний набір генів. Відомо, соматичні клітини дорослих організмів містять повний набір генів, а статеві клітини - тільки половину. При зачатті обидві половини - батьківська і материнська - з'єднуються і народжується новий організм.

Як же проводився досвід в лабораторії Яна Вільмута? Спочатку виділялися ооцити, тобто яйцеклітини. Їх витягли з вівці породи Шотландська Черноморд, потім помістили в штучне живильне середовище з додаванням ембріональної телячої сироватки при температурі 37 ° С і провели операцію енуклеація - видалення власних ядер. Наступна операція полягала в забезпеченні яйцеклітини генетичною інформацією від організму, який належало клонувати. Для цього найбільше виявилися диплоїдні клітини донора, тобто клітини, що несуть повний генетичний набір, які були взяті з молочної залози дорослої вагітної вівці. З 236 дослідів успішним виявився лише один - і народилася овечка Доллі, що несе генетичний матеріал дорослої вівці. Після цього в різних засобах інформації стала обговорюватися проблема клонування людини.

Деякі вчені вважають, що фактично неможливо повернути змінилися ядра соматичних клітин в початковий стан, щоб вони могли забезпечити нормальний розвиток тієї яйцеклітини, в яку їх трансплантували, і на виході дати точну копію донора. Але навіть якщо всі проблеми вдасться вирішити і всі труднощі подолати (хоча це малоймовірно), клонування людини не можна вважати науково обгрунтованим. Дійсно, припустимо, що трансплантували розвиваються яйцеклітини з чужорідними донорськими ядрами кільком тисячам прийомних матерів. Саме кільком тисячам: відсоток виходу низький, а підвищити його, швидше за все, не вдасться. І все це для того, щоб отримати хоча б одну-єдину народжену живу копію якоїсь людини, нехай навіть генія. А що буде з іншими зародками? Адже більша їх частина загине в утробі матері або розвинеться в виродків. Уявляєте собі - тисячі штучно отриманих виродків! Це було б злочином, тому цілком природно очікувати прийняття закону, що забороняє такого роду дослідження як в надзвичайноаморальні. Що стосується ссавців, то раціональніше проводити дослідження по виведенню трансгенних порід тварин, генотерапіі і т.п.

Природа як об'єкт вивчення природознавства складна й різноманітна у своїх проявах: вона безперервно змінюється і знаходиться в постійному русі. Коло знань про неї стає все ширше, і область сполучення його з безмежним полем незнання перетворюється на величезне розмите кільце, засіяне науковими ідеями - зернами природознавства. Деякі з них своїми паростками проб'ються в коло класичних знань і дадуть життя новим ідеям, новим природно - науковим концепціям, інші ж залишаться лише в історії розвитку науки. Їх змінять потім більш досконалі. Така діалектика розвитку природно - наукового пізнаннянавколишнього світу.

Карпенків С.Х. Концепція сучасного природознавства М. 2003р.

Вернадський В.І. Жива речовина і біосфера М. 1999р.

Ічасо М. Про природу живого: механізми і сенс. М 1994р.