WWW.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |

«С.И. КВАШНИНА, Н.А. ФЕДОТОВА ОСНОВЫ БИОЛОГИИ И ЭКОЛОГИИ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ДНЕВНОЙ И ЗАОЧНОЙ ФОРМ ОБУЧЕНИЯ Допущено Учебно-методическим объединением вузов ...»

-- [ Страница 1 ] --

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ,

ИНФОРМАЦИИ

И БИЗНЕСА

С.И. КВАШНИНА, Н.А. ФЕДОТОВА

ОСНОВЫ БИОЛОГИИ

И ЭКОЛОГИИ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ ДНЕВНОЙ И ЗАОЧНОЙ ФОРМ ОБУЧЕНИЯ

Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации

по высшему образованию в качестве учебного пособия для студентов,

обучающихся по направлению 013400 «Природопользование»

дневного и заочного отделений

Ухта 2003

УДК: 57 (075.8)

ББК: 28я7

К Квашнина С.И., Федотова Н.А. Основы биологии и экологии: Учебное пособие для студентов дневной и заочной форм обучения. – Ухта: Институт управления, информации и бизнеса, – 2004. – 259 с, ил.

ISBN 5-9641-0002- Учебное пособие предназначено для студентов специальности «Природопользование» дневной и заочной форм обучения.

В учебном пособии отражены общие сведения о биологии, связи её с другими науками, классификация организмов, проблемы сохранения биосферы, теории возникновения жизни на планете Земля. Освещены эволюционные процессы последовательно на молекулярно-генетическом уровне, популяционно-видовом и биогеоценотическом этапах организации жизни. Дана краткая характеристика флоры, фауны и их приспособительные свойства к изменениям окружающей природной среды. Проблемы современного антропогенного влияния на экосистемы освещаются в плане наиболее общих биологических и экологических закономерностей, определяющих научные основы охраны природы и рационального использования биологических ресурсов.

Учебное пособие рассмотрено и одобрено на заседании кафедры «Экология и природопользование» от 10.04.2003 г., протокол №6, и предложено для издания.

Рецензенты: д. г.-м. н., академик РАЕН А.И. Дьяконов; Коми государственный педагогический институт, зав. кафедрой Ботаники, д. б. н., профессор А.М. Маркаров; РАО ГАЗПРОМ, начальник комплексного отдела охраны окружающей среды филиала ООО ВНИИГАЗ – «Севернипигаз», к. э. н. Н.Б. Пыстина.

© Квашнина С.И., Федотова Н.А., © Институт управления, информации и бизнеса, ISBN 5-9641-0002-

ОГЛАВЛЕНИЕ

Раздел I

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ БИОЛОГИИ И ЭКОЛОГИИ

1.1. Историческое развитие естественных наук, отраженное в отечественных и зарубежных источниках

1.2. Этапы развития биологии

Глава 2 БИОЛОГИЯ - НАУКА О ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ

2.1. Жизнь - как особое природное явление. Уровни организации жизни

2.2. Классификация организмов и краткая их характеристика

Глава 3 УЧЕНИЕ О КЛЕТКЕ (ЦИТОЛОГИЯ)

3.1. Основные положения клеточной теории, строение клетки

3.2. Органические и неорганические компоненты клетки

Глава 4 РАЗМНОЖЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ

4.1. Бесполое размножение

4.2. Половое размножение. Мейоз. Фазы мейоза

4.3. Образование половых клеток и оплодотворение. Зародышевое развитие организма........ 4.4. Индивидуальное развитие организмов

Глава 5 ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

5.1. Теории возникновения жизни

5.2. Эволюция – процесс исторического развития органического мира

5.3. Вид. Критерии вида. Популяция

5.4. Некоторые характеристики эволюционного процесса

Глава 6 БИОЛОГО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ И ОКРУЖАЮЩАЯ

ПРИРОДНАЯ СРЕДА

6.1. Биоцентрический подход и экологические направления

6.2. Экологические факторы, экосистемы и биоценозы

6.3. Понятие о биоценозе

Глава 7 ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ОРГАНИЗМА К ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ

СРЕДЕ

7.1. Уровни приспособления организма к изменяющимся условиям

7.2. Закономерности изменчивости живых организмов

Глава 8 КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ В ПРИРОДЕ

8.1. Круговорот веществ в биосфере

8.2. Биогеохимические круговороты

8.3. Геологический круговорот

Глава 9 АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ...... 9.1. Нарушение озонового слоя, загрязнение почв, кислотные дожди

9.2. Загрязнение почв тяжелыми металлами

9.3. Влияние некоторых загрязняющих веществ на здоровье человека

Глава 10 ПРИСПОСОБЛЕННОСТЬ ЗЕЛЕНЫХ РАСТЕНИЙ К ИЗМЕНЯЮЩИМСЯ УСЛОВИЯМ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

10.1. Роль растений в природе и жизни человека

10.2. Приспособление зеленых растений к факторам внешней среды

10.3. Адаптация растений к поддержанию водного баланса

Глава 11 АДАПТАЦИЯ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ К ИЗМЕНЕНИЮ ПРИРОДНЫХ

УСЛОВИЙ

11.1. Приспособление животных к факторам внешней среды

11.2. Адаптация животных к изменяющемуся температурному режиму.

11.3. Приспособленность животных к водной среде.

Глава 12 ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА. ПРОФИЛАКТИКА БОЛЕЗНЕЙ. ЗДОРОВЫЙ ОБРАЗ ЖИЗНИ

12.1. Анатомо-физиологические особенности человека (тело человека, костномышечная система)

12.2. Сердечно сосудистая система (кровь и органы кровообращения)

12.3. Защитный механизм человека. Иммунитет

12.4. Некоторые факторы нарушения здоровья

12.5. Образ жизни и здоровье человека

РАЗДЕЛ II

Требования к оформлению реферата

Темы рефератов для студентов-экологов по циклу «Биология»

Вопросы самоконтроля

Приложение 1

Рис. 1. Структура биоценоза и схема взаимодействия между его компонентами............... Рис. 2. Ярусность в лесу

Рис. 3. Мозаичное строение липо-елового леса

Рис. 4. Консорция, синузия и парацелла

Рис. 5. Пищевые взаимоотношения между животными тундры

Рис. 6. Биоценоз пруда

Рис. 7. Переходные пограничные зоны между биоценозами

Рис. 8. Переходная (пограничная) зона между наземными и водными биоценозами....... Приложение 2. Пример оформления титульного листа

Приложение 3. Важнейшие даты в развитии биологии и экологии

Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Биология» рассматривается как составная часть общей подготовки экологов наряду с другими общеобразовательными курсами. В то же время она входит в состав единого блока биологических дисциплин, обеспечивая необходимую преемственность для последующих курсов – «Биогеография», «Общая экология», «Экология человека» и др.

Биология – это наука о живом, являющаяся одним из естественно – научных направлений, тесно связанная с другими дисциплинами, такими как: физиология, медицина, фармакология, химия, сельское хозяйство, биотехнология, психология, геология и др. В учебном пособии рассматривается ряд основных ведущих направлений: изучение биологии как науки о живых организмах, онтогенетический уровень живого; популяционно-видовая система организации жизни;

основы изучения ноосферы и биосферы и др.

Основной целью предлагаемого пособия мы поставили – помочь студенту, аспиранту и преподавателю использовать знания основ биологии и экологии в изучении других направлений естественных наук. С другой стороны, учитывая, что в дальнейшем студентам предстоит изучение дисциплин экологического направления, мы решили в краткой форме напомнить им базисные понятия по биологии (без которых невозможно изучение экологии), в определенной степени, расширяя круг их познания.

При подготовке пособия автор широко использовал учебную и научную литературу, перечень которой представлен в библиографическом списке.

Вероятно, при ознакомлении с материалом, специалисты найдут в нем ряд ошибок и недочетов. Авторы будут благодарны и признательны за все замечания и предложения, которые следует направить по адресу: 169300, Россия, Республика Коми, г. Ухта, ул. Сенюкова, д.15, Институт управления, информации и бизнеса, кафедра экологии.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ БИОЛОГИИ И ЭКОЛОГИИ

1.1. Историческое развитие естественных наук, отраженное в отечественных С первых шагов своего развития человек неразрывно связан с природой.

Он всегда находился в тесной зависимости от растительного и животного мира, от их ресурсов и был вынужден повседневно считаться с особенностями распределения и образа жизни зверей, рыб, птиц и др. Конечно, представления древнего человека об окружающей среде не носили научного характера и были не всегда осознанными, но с течением времени именно они послужили источником накопления экологических знаний.

Уже в самых древних из известных нам письменных источников не только упоминаются различные названия животных и растений, но и сообщаются некоторые сведения об их образе жизни. Авторы этих рукописей обращали внимание на представителей живой природы не только из любознательности, но и под впечатлением их значения в жизни людей: охоты на диких зверей и птиц, рыболовства, защиты посевов от вредных животных и т.д. Соприкасаясь с первичным познанием природы, люди вынуждены были учитывать значение среды обитания в жизни организмов.

Большое влияние на мировоззрение ученых современной эпохи оказали древнегреческие ученые. Так, например, Аристотель (384 – 322г. до н.э.) в своей «Истории животных» различал водных и сухопутных животных, плавающих, летающих и ползающих. Его внимание привлекали такие вопросы, как приуроченность организмов к местообитаниям, одиночная или стайная жизнь, различия в питании и т.д. Он описал свыше 500 видов известных ему животных и рассказал об их поведении. Например, о миграциях и зимней спячке рыб, перелетах птиц, строительной деятельности животных. Ученик Аристотеля, «отец ботаники» – Теофраст Эрезийский (371 – 280 г. до н.э.) привел сведения о своеобразии растений в разных условиях, зависимости их формы и особенностей роста от почвы и климата. Вопросы строения и жизни организмов рассматривал и Плиний Старший (23 – 79г. до н.э.) в своей знаменитой «Естественной истории».

Впоследствии интерес к изучению природы ослабевает, заменяясь господством богословия и схоластики.

Удивительные открытия, которые принесли с собой путешествия в отдаленные страны и великие географические открытия эпохи Возрождения, послужили толчком для развития биологии. Описание растений и животных, их внешнего и внутреннего строения, разнообразие форм - главное содержание биологической науки на ранних этапах ее развития. Первые систематики – А. Цезальпин (1519 – 1603), Д. Рей (1623 – 1705), Ж. Турнефор (1656 – 1708) не только описывали внешнее и внутреннее строение растений, но и сообщали сведения о зависимости растений от условий произрастания или возделывания. Описание животных сопровождалось сведениями об их поведении, повадках, местах обитания.





Известный английский химик Роберт Бойль (1627 – 1691) оказался первым, кто осуществил экологический эксперимент; он опубликовал результаты сравнительного изучения влияния низкого атмосферного давления на различных животных.

Большой вклад в формирование экологических знаний внесли такие выдающиеся ученые, как Карл Линней (1707 – 1778) и французский исследователь природы Жорж Бюффон (1707 – 1788). В его трудах подчеркивалось ведущее значение климатических факторов. Особенно большой интерес представляют сочинения Линнея «Экономия природы» и «Общественное устройство природы».Под «экономией» Линней понимал взаимные отношения всех естественных тел, при этом он сравнивал природу с человеческой общиной, живущей по определенным законам. Жорж Бюффон считал, что основными причинами превращения одного вида в другой – это есть влияние таких внешних факторов как температура климата, качество пищи и гнёт одомашнивания.

В XVII – ХVIII веках экологические сведения составляли нередко значительную часть в работах, посвященных отдельным группам живых организмов.

Например, в трудах А. Реомюра о насекомых (1734), Л. Трамбле о гидрах и мшанках (1744), или в описаниях путешествий, предпринимаемых натуралистами.

Важные наблюдения, оказавшие влияние на развитие экологии и биологии, были выполнены учеными Российской Академии наук в ходе экспедиционных исследований, проводимых со второй половины XVIII в. Среди организаторов и участников этих экспедиций следует отметить Степана Петровича Крашенинникова (1713 – 1755) с его «Описанием земли Камчатки», Ивана Ивановича Лепехина (1740 – 1802) – автора четырехтомных «Дневных записок путешествия доктора и Академии наук адъюнкта Ивана Лепехина по разным провинциям Российского государства», академика Петра Симона Палласа (1741 – 1811), подготовившего капитальный труд «Описание животных российско-азиатских». П. С.

Паллас в своем капитальном труде подробно описал образ жизни 151 вида млекопитающих и 425 видов птиц и такие биологические явления, как миграции, спячка, взаимоотношения родственных видов и т.д.

Большое влияние на развитие экологической и биологической науки оказал французский автор первого эволюционного учения Жан Батист Ламарк (1744 – 1829), считавший, что важнейшей причиной приспособительных изменений организмов, эволюции растений и животных является влияние внешних условий среды.

Дальнейшему развитию экологического мышления способствовало появление в начале XIX столетия биогеографии. Труды Александра Гумбольдта (1807) определили новое эколого-биологическое направление в географии растений. А. Гумбольдт ввел в науку представление о том, что «физиономия»

ландшафта определяется внешним обликом растительности. В сходных зональных и вертикально-поясных географических условиях у растений разных таксономических групп вырабатываются сходные «физиономические» формы, т.е., одинаковый внешний облик; по распределению и соотношению этих форм можно судить о специфике физико-географической среды. Появились первые специальные работы, посвященные влиянию климатических факторов на распространение и биологию животных, например, книги немецкого зоолога К.

Глогера об изменениях птиц под влиянием климата, датчанина Т. Фабера об особенностях биологии северных птиц (1826); К. Бергмана о географических закономерностях в изменении размеров теплокровных животных (1848). А. Декандоль в «Географии растений» (1855) подробно описал влияние отдельных факторов среды (температуры, влажности, света, типа почвы, экспозиции склона) на растения и обратил внимание на повышенную экологическую пластичность растений по сравнению с животными.

Профессор Московского университета Карл Францевич Рулье (1814 – 1858) широко пропагандировал необходимость развития особого направления в зоологии, посвященного всестороннему изучению и объяснению жизни животных, их сложных взаимоотношений с окружающим миром. К.Ф. Рулье подчеркивал, что в зоологии наряду с классификацией отдельных органов нужно производить «разбор явлений образа жизни». При этом следует различать явления жизни особи, взаимоотношения родителей и потомства, законы количественного размножения животных, отношение к животным того же вида и других видов; «жизнь в одиночестве», «жизнь в товариществе», «жизнь в обществе», отношение животных к растениям, почве, к физическим условиям среды. Наряду с этим следует специально изучать периодические явления – линьку, спячку, сезонные перемещения и т.д.

Таким образом, К.Ф. Рулье разработал широкую систему биологического исследования животных – «зообиологии», в его понимании, и оставил ряд трудов типично биологического содержания.

Взгляды К.Ф. Рулье глубоко повлияли на направление и характер работ его учеников, одним из которых был Николай Алексеевич Северцов (1827 – 1885). Его труд «Периодические явления в жизни зверей, птиц и гад Воронежской губернии» (1855) был первым в России глубоким биологическим исследованием животного мира отдельного региона.

Особую роль в развитии биологических идей сыграли труды великого английского ученого-естествоиспытателя Чарльза Дарвина (1809 – 1882) - основателя учения об эволюции органического мира. Ч. Дарвин показал, что борьба за существование в природе, под которой он понимал все формы противоречивых связей вида со средой, приводит к естественному отбору, т.е. является движущим фактором эволюции. Стало ясно, что взаимоотношения живых существ и связи их с неорганическими компонентами среды – большая самостоятельная область исследований.

Немецкий биолог Эрнст Геккель (1834 – 1919), который в 1866 г. предложил термин «экология», дал следующее определение этой науки: «Это познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая непременно неантагонистические и антагонистические взаимоотношения животных и растений, контактирующих друг с другом. Одним словом, экология - это наука, изучающая все сложные взаимосвязи и взаимоотношения в природе, рассматриваемые Дарвином как условия борьбы за существование». Эрнст Геккель относил экологию к биологическим наукам и наукам о природе, которые, прежде всего, интересуют все стороны жизни биологических организмов.

Термин экология прижился не сразу и получил всеобщее признание лишь к концу XIX в. Во второй половине XIX столетия содержанием экологии было в основном изучение образа жизни животных и растений и их адаптации к климатическим условиям. В этой области был сделан ряд важных обобщений. Продолжая «физиономическое» направление А. Гумбольдта, датский ботаник Е.

Варминг в книге «Ойкологическая география растений» (1895) обосновал понятие о жизненной форме растения. А.Н. Бекетов (1825 – 1902) выявил связь особенностей анатомического и морфологического строения растений с их географическим распространением и указал на значение физиологических исследований в экологии. А.Ф. Миддендорф, изучая общие черты строения и жизни арктических животных, положил начало применению учения Гумбольдта к зоологическим объектам. Д. Аллен (1877) нашел ряд общих закономерностей в изменении пропорций тела и его выступающих частей в окраске североамериканских млекопитающих и птиц в связи с географическими изменениями климата.

Параллельно с этими исследованиями в конце 70-х годов в экологии возникает новое направление, в связи с тем, что в 1877 г. немецкий гидробиолог К.

Мёбиус на основе изучения устричных банок Северного моря обосновал представление о биоценозе – как о глубоко закономерном сочетании организмов в определенных условиях среды. По Мёбиусу, биоценозы, или природные сообщества, обусловлены длительной историей приспособления видов друг к другу и к сходной экологической обстановке. Изучение сообществ вскоре обогатилось методами учёта количественных соотношений организмов. Учение о растительных сообществах обособилось в отдельную область ботанической экологии. Большую роль при этом сыграли труды русских ученых С. И. Коржинского и И.К. Печорского, назвавшего новую науку «фитосоциологией». Позднее она была переименована в «фитоценологию», а затем названа «геоботаникой». Основные положения этой науки были разработаны в трудах Г.Ф. Морозова и В.Н. Сукачева на основе учения о лесе.

В начале XX столетия оформились экологические школы гидробиологов, фитоценологов, ботаников и зоологов, в каждой из которых развивались определенные стороны экологической науки. На III ботаническом конгрессе в Брюсселе в 1910г. экология растений официально разделилась на экологию особей (аутоэкологию) и экологию сообществ (синэкологию). Это деление распространилось также на экологию животных, равно как на общую экологию. Появились первые экологические сводки – «Руководство к изучению экологии животных» Ч. Адамса (1913), книги В. Шелфорда «О сообществах наземных животных» (1913), С.А.

Зернова по гидробиологии (1913). В 1913-1920 гг. были организованы экологические научные общества, основаны журналы, экологию начали преподавать в университетах.

К 30-м годам, после разносторонних исследований и дискуссий, выкристаллизовались основные теоретические представления в области биоценологии:

о границах и структуре биоценозов, степени устойчивости, возможности саморегуляции этих систем. Углублялись исследования типов взаимосвязей организмов, лежащих в основе существования биоценозов. Разрабатывалась соответствующая терминология. Были созданы разнообразные системы классификации растительности на основе морфологических и эколого-морфологических индикаторах, изучены структура, продуктивность, динамические связи фитоценозов. В разработку физиологических основ экологии растений, продолжая традиции Тимирязева, много ценного внес Н.А. Максимов. В 30-40-х годах появились сводки по экологии животных с изложением теоретических проблем общей экологии: К.

Фридерикса (1930), Ф. Боденгеймера (1938) и др. Большая роль в развитии общей экологии принадлежит Д.Н. Кошкареву, опубликовавшему в 1933 г. сводку «Среда и сообщество», а позднее (1938) создавшему первый в нашей стране учебник «Основы экологии животных».

В 30-х годах оформилась новая область экологической науки - популяционная экология. Основоположником ее следует считать английского ученого Ч.

Элтона. В своей книге «Экология животных» (1927) Элтон переключает внимание с отдельного организма на популяцию как единицу, которую следует изучать самостоятельно, так как на этом уровне выявляются свои особенности экологических адаптаций и регуляций. Центральными проблемами популяционной экологии стали проблемы внутривидовой организации и динамики численности.

Представления о популяциях стали особенно энергично развиваться в экологии после того, как оформилась популяционная генетика, а в систематике её стали рассматривать вид как сложную систему. Развитию популяционных исследований способствовали также запросы практики, т.к. возникли: острая необходимость разработки борьбы с вредителями и конкурентами в сельском и лесном хозяйстве; истощение запасов ряда ценных промысловых животных и открытие роли некоторых диких животных в распространении паразитов и возбудителей болезней человека и домашнего скота.

В развитии популяционной экологии в нашей стране большой вклад внесли С.А. Северцов, С.С. Шварц, Н.П. Наумов, Г.А. Викторов, работы которых во многом определяют современное состояние этой области науки.

Начало исследований популяционной экологии у растений было положено трудами Е.Н. Синской (1948), много сделавшей по выяснению экологического и географического полиморфизма видов. Ряд вопросов популяционной экологии растений разрабатывается в трудах Т.А. Работнова и А.А. Уранова и их последователей.

Изучение популяционных закономерностей по-новому помогло осознать роль видов в биоценозах, структурную организацию сообществ. Возникла плодотворная концепция «экологических ниш», тесно связывающая экологические и эволюционные вопросы. В ее разработке важная заслуга принадлежит западным ученым Дж. Гриннеллу, Ч. Элтону, Р. Макартуру, Д. Хатчинсону и советскому исследователю Г.Ф. Гаузе.

Параллельно развиваются и другие области экологии, тесно связывающие эту науку с традиционными областями биологии. В развитие морфологической и эволюционной экологии животных большой вклад внес М.С. Гиляров, выдвинувший предположение, что почва послужила переходной средой в завоевании членистоногими суши (1949). Проблемы эволюционной экологии позвоночных животных нашли отражение в трудах С.С. Шварца.

И.С. Серебряковым была создана более новая, более глубокая классификация жизненных форм цветковых растений. Возникла палеоэкология, задача которой стала восстановление картины образа жизни вымерших форм.

С начала 40-х годов в экологии возник принципиально новый подход к исследованию природных экосистем. В 1935 г. английский ученый А. Тенсли выдвинул понятие «экосистемы», а в 1942 г. В.Н. Сукачев обосновал представление о биогеоценозе. В этих понятиях нашла отражение идея о единстве совокупности организмов с абиотическим окружением, о закономерностях, которые лежат в основе связи всего сообщества и окружающей неорганической среды, о круговороте вещества и превращения энергии. Начались работы по точному учету продуктивности водных сообществ (Г.Г. Винберг, 1936). В 1942 г. американский ученый Р. Линдерман опубликовал статью с изложением основных методов расчета энергетического баланса экологических систем. С этого времени стали принципиально возможными расчеты и прогнозирование предельной продуктивности биоценозов в конкретных условиях среды.

С развитием экосистемной и популяционной экологии более отчетливо стала вырисовываться специфика методов современной экологической науки, основной инструмент экологического поиска, при которой представляются методы количественного анализа. Надорганизменные объединения (популяции, сообщества, экосистемы) управляются преимущественно количественными соотношениями особей, видов, энергетических потоков. Количественные изменения в структуре популяций и экосистем могут в корне переменить способы их функционирования и результаты деятельности. Развитие количественных методов превращает экологию в точную науку, дает основы для математического моделирования, делает возможным научный прогноз. Это особенно важно для оценки устойчивости, продуктивности популяций и экосистем.

В разработке теоретических основ биологической продуктивности, начиная с 50-х годов, принимают участие многие экологи, из которых особенно велики заслуги Г. Одума и Ю. Одума, Р. Уитеккера, Р. Магалефа и других ученых. В нашей стране это направление наиболее успешно развивается в трудах гидробиологов и геоботаников.

Развитие экосистемного анализа привело к возрождению на экологической основе учения о биосфере, принадлежащего крупнейшему естествоиспытателю XX в В.И. Вернадскому. Он показывает, какую огромную роль играют живые организмы в геохимических процессах на нашей планете.

В конце жизни Вернадский приходит к выводу, что биосфера тесно связана с деятельностью человека; от этой деятельности зависит сохранность равновесия состава биосферы. Он вводит понятие - ноосфера, что означает «мыслящая оболочка», то есть сфера разума. Вернадский писал: «Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. Перед ним, перед его мыслью и трудом становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободного мыслящего человечества, как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера».

Такой подход позволил ученым разных стран, работавшим с 1964 г. по общей Международной биологической программе, подсчитать максимальную биологическую продуктивность всей нашей планеты, т.е. тот природный фонд, которым располагает человечество и максимально возможные нормы изъятия продукции для нужд растущего населения Земли. Конечной целью Международной биологической программы было выявление основных закономерностей качественного, количественного распределения и воспроизводства органического вещества в интересах наиболее рационального использования их человеком.

Во второй половине двадцатого столетия происходит своего рода «экологизация» современной науки. Это связано с осознанием огромной роли экологических знаний, с пониманием того, что деятельность человека зачастую не просто наносит вред окружающей среде, но и, воздействуя на нее негативно, изменяя условия жизни людей, угрожает самому существованию человечества.

Поэтому необходимо понять, каким образом происходит воздействие человека на окружающую среду, и найти те пределы изменения условий, которые позволяют не допустить экологического кризиса. Таким образом, экология становится теоретической основой для рационального использования природных ресурсов.

В изучении многообразных процессов, которые происходят в живой природе, большую помощь оказывают экспериментальные методы. В лабораторных опытах исследуется влияние разных условий на организмы, выясняется их реакция на заданные воздействия. Изучая отношения организмов со средой обитания в искусственных условиях, можно глубже разобраться в происходящих явлениях природы.

Однако биология и экология отнюдь не являются лабораторной наукой. Совершенно очевидно, что взаимосвязи живых организмов с окружающей средой могут быть изучены наиболее полно лишь в природе. Но это дело нелегкое, особенно если учесть, до какой степени сложна даже самая простая среда. Поэтому в экологии натурные наблюдения и эксперименты занимают самое важное место.

В то же время невозможность экспериментальной проверки нередко заставляет экологов переводить наблюдаемые факты на язык математики. Математический анализ (моделирование) позволяет выделять отдельные из всей совокупности отношений организма и среды, чтобы глубже понять природу этих явлений. Конечно, при этом не надо забывать, что математические модели представляют собой лишь приблизительное отображение природных явлений.

Если в период своего возникновения биология и экология изучали взаимоотношения организмов с окружающей средой, то современная экология охватывает чрезвычайно широкий круг вопросов и тесно переплетается с целым рядом сложных наук, прежде всего таких, как биология (ботаника и зоология), география, геология, физика, химия, генетика, математика, медицина и агрономия.

Интерес к познанию мира живых существ возник на самых ранних стадиях зарождения человечества, отражая практические нужды людей. По мере накопления конкретных знаний наряду с представлением о разнообразии организмов возникла идея о единстве всего живого.

Важнейшим научным доказательством единства всего живого послужила клеточная теория Т. Шванна и М. Шлейдена (1839). Открытием фундаментальных законов наследственности биология обязана Г. Менделю (1865), Г. де Фризу, К. Корренсу и К. Чермаку (1900), Т. Моргану (1910 – 1916), Дж. Уотсону и Ф.

Крику (1953). Названные законы раскрывают всеобщий механизм передачи наследственной информации от клетки к клетке, а через клетки – от особи к особи и перераспределения ее в пределах биологического вида.

Представления о единстве всего живого получили основательное подтверждение в результатах исследований биохимических (обменных, метаболических) и биофизических механизмов жизнедеятельности клеток. Хотя начало таких исследований относится ко второй половине XIX в., наиболее убедительны были достижения молекулярной биологии. Она стала самостоятельным направлением биологической науки в 50-е гг. 20-го столетия, что связано с описанием Дж. Уотсоном и Ф. Криком (1953) строения дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

То, что живое на планете представляет собой единое целое в историческом плане, обосновывается теорией эволюции. Основы названной теории заложены Ч. Дарвином (1858). Эволюционная теория объясняет единство мира живых существ общностью их происхождения. Современная теория эволюции обращает внимание на условность грани между живой и неживой природой, между живой природой и человеком. Результаты изучения молекулярного и атомного состава клеток и тканей, строящих тела организмов, получение в химических лабораториях веществ, свойственных в естественных условиях только живому, доказали возможность перехода в истории Земли от неживого к живому, что не противоречит законам биологической эволюции - появление на планете социального существа – человека. Клеточная организация, физико-химические и генетические законы неотделимы от его существования, так же, как и любого другого организма. Эволюционная теория показывает истоки биологических механизмов развития и жизнедеятельности людей, т.е. того, что может быть названо биологическим наследством.

Идея единства мира живых существ находит свое подтверждение также в экологических исследованиях, относящихся главным образом к ХХ в. Представления о биоценозе (В.Н. Сукачев) или экологической системе (А. Тенсли) раскрывают универсальный механизм обеспечения важнейшего свойства живого – постоянно происходящего в природе обмена веществ и энергии. Учение о биосфере и ноосфере (В.И. Вернадский) раскрывает место и планетарную роль живых форм, включая человека, в природе, так же, как и возможные последствия ее преобразования людьми.

БИОЛОГИЯ – НАУКА О ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ

2.1. Жизнь – как особое природное явление. Уровни организации жизни Биология – наука о живой природе и закономерностях, ею управляющих.

Биология изучает все проявления жизни, строение и функции живых существ, а также их сообществ. Она выясняет происхождение, распространение и развитие живых организмов, связи их друг с другом и с неживой природой.

Живому миру характерно необычайное разнообразие. В настоящее время обнаружено и описано примерно 500 тыс. видов растений и более одного млн.

видов животных, более 3 тыс. видов бактерий и сине-зеленых водорослей, сотни тысяч грибов. Число еще не описанных видов оценивается, по меньшей мере, в 1-2 млн. Задачей общей биологии является выявление и объяснение общих явлений и процессов для всего многообразия живых организмов.

Одна из наиболее примечательных особенностей живых организмов – это их сложность и высокая степень организации. Они характеризуются усложненным внутренним строением и содержат множество различных сложных молекул.

Любая составная часть организма имеет специальное назначение и выполняет определенные функции. Это относится не только к органам (почки, легкие, сердце и т.д.), но и к микроскопическим структурам и молекулам.

Живые организмы обладают способностью извлекать, преобразовывать и использовать энергию окружающей среды – либо в форме питательных органических веществ, либо в виде энергии солнечного излучения. Благодаря этой энергии и веществам, поступающим из окружающей среды, организмы поддерживают свою целостность (упорядоченность) и осуществляют различные функции, возвращают же в природу продукты распада и преобразованную энергию в виде тепла, т.е. организмы способны к обмену веществом и энергией.

Организмы способны специфически реагировать на изменения окружающей среды. Способность реагировать на внешнее раздражение – универсальное свойство живого.

Для живых организмов характерен гомеостаз – состояние динамического равновесия природной системы, поддерживаемое регулярным возобновлением основных ее структур, вещественно-энергетического состава и состояния, с постоянной функциональной саморегуляцией во всех ее звеньях.

Живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания. Они прекрасно соответствуют своему образу жизни. Достаточно ознакомиться со строением крота, рыбы, паразитического червя, чтобы представить в общих чертах, как они живут. Особенности строения, приспособление функций и поведения данного организма, отвечающие его образу жизни, называются адаптациями (приспособлениями).

Самая поразительная особенность живых организмов – способность к самовоспроизведению, т.е. размножению. Потомство всегда сходно с родителями.

При этом, существуют механизмы передачи информации о признаках, свойствах и функциях организмов из поколения в поколение. В этом проявляется наследственность. Как установлено, механизмы передачи наследственных свойств одинаковы для всех видов. Однако сходство родителей и потомков никогда не бывает полным: потомки, будучи похожи на родителей, всегда в чем-то отличаются от них. В этом состоит изменчивость, основные законы которой также общие для всех видов. Таким образом, живым организмам свойственны: размножение, наследственность и изменчивость.

Для живого существа также характерна способность к историческому развитию и изменению от простого к сложному. Этот процесс называют эволюцией.

В результате эволюции возникло все многообразие живых организмов, приспособленных к определенным условиям существования.

Для живой природы характерны разные уровни организации ее структур, между которыми существует сложное соподчинение. Жизнь на каждом уровне изучают соответствующие отрасли биологии.

1. Самый нижний, наиболее древний уровень – это уровень молекулярных структур жизни. Здесь проходит граница между живым и неживым.

2. Выше лежит клеточный уровень жизни, согласно которому и клетка, и заключенные в ней молекулярные структуры в главных чертах строения у всех организмов сходны.

3. Органно-тканевой уровень характерен только для многоклеточных организмов, у которых клетки и образованные из них части организма достигли высокой степени структурной и функциональной специализации.

4. Уровень целостного организма. Как бы не различались организмы между собой, их объединяет то, что они все состоят из клеток.

5. Более сложным уровнем организации жизни, объединяющим принадлежащие ему организмы, является вид. Здесь действуют свои законы – законы внутривидовых отношений организмов.

6. Уровень биоценозов, т.е. сообществ всех видов, населяющих ту или иную территорию или акваторию. На этом уровне действуют законы отношений сообществ организмов.

7. Совокупность всего живого, населяющего Землю, (атмосфера, гидросфера, литосфера) составляет биосферу. Это высший уровень организации жизни. Законы, характерные для более высоких уровней организации живого мира, не исключают действия законов, присущих более низким уровням.

Общая биология изучает законы, характерные для всех уровней организации жизни.

2.2. Классификация организмов и краткая их характеристика Как мы отмечали, основной единицей в классификации организмов является вид. Близкородственные виды животных объединяют в особую группу, называемую родом. Сходные роды относят к одному семейству. Близкие, сходные семейства объединяют в отряд, отряды – в класс, классы – в тип, типы – в подцарство, подцарства – в царства.

Подавляющее большинство ныне живущих организмов состоит из клеток.

Лишь немногие примитивнейшие организмы – вирусы и их разновидность – фаги – не имеют клеточного строения. По этому важнейшему признаку все живое делится на две империи – доклеточных (вирусы) и клеточных (сюда относятся все остальные организмы: бактерии и близкие к ним группы; грибы; зеленые растения и животные).

Представление о том, что все живое делится на два царства – животных и растений, – устарело. Современная биология признает разделение на пять царств: прокариотов, или дробянок, растений, грибов, животных и вирусов – доклеточных форм жизни.

Империя доклеточных состоит из единственного царства – вирусов. Это мельчайшие организмы, их размеры колеблются от 12 до 500 мкм. Мелкие вирусы равны крупным молекулам белка. Они впервые были открыты в 1892 г. выдающимся русским биологом Д.И. Ивановским, который стал основателем новой биологической дисциплины – вирусологии.

Вирусы – паразиты клеток. Вирусы бактерий называют фагами или бактериофагами. Вирусы принципиально отличаются от всех других организмов, по следующим особенностям:

1. Они могут существовать только как внутриклеточные паразиты и не могут размножаться вне клеток тех организмов, в которых паразитируют.

2. Вирусы содержат лишь один из типов нуклеиновых кислот – либо РНК, либо ДНК (все клеточные организмы содержат и ДНК, и РНК одновременно).

3. Они имеют очень ограниченное число ферментов, используют обмен веществ хозяина, его ферменты, энергию, полученную при обмене веществ в клетках хозяина.

Клеточные формы жизни (безъядерные и ядерные). По наличию или отсутствию ядра клеточные организмы делят на два надцарства: безъядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты) (от греч. «протос» – первый и «эу» – собственно, настоящий). К первой группе относят сине-зеленые водоросли и бактерии, ко второй – всех животных, зеленые растения и грибы. Свойственная большинству организмов, типичная структура клетки возникла не сразу. В клетке представителей древнейших из современных типов организмов (сине-зеленых водорослей и бактерий) цитоплазма и ядерный материал с ДНК еще не отделены друг от друга.

Прокариоты (дробянки). К прокариотам относят наиболее просто устроенные формы клеточных организмов.

Сине-зеленые водоросли. У них нет ядра, вакуолей, отсутствует половое размножение, что резко отличает их от более высших растений.

Сине-зеленые водоросли замечательны тем, что способны усваивать азот воздуха и превращать его в органические формы азота. При фотосинтезе они используют углекислый газ, выделяя молекулярный кислород. Они могут использовать как солнечную энергию (автотрофность), так и энергию, выделяющуюся при расщеплении готовых органических веществ (гетеротрофность).

Бактерии. Одна часть бактерий способна утилизировать солнечную энергию, другая – получает энергию, используя органические вещества. Например, хемосинтез – это процесс образования некоторыми бактериями органических веществ из двуокиси углерода, за счет энергии, полученной при окислении неорганических соединений (аммиака, водорода, соединений серы, закисного железа и др.). Хемосинтезирующие бактерии, наряду с фотосинтезирующими растениями и микробами, составляют группу автотрофных организмов.

Эти микроорганизмы играют огромную роль в биологическом круговороте веществ в природе и хозяйственной жизни человека. (Изготовление простокваши, кефира, ацидофилина, творога, сметаны, сыров, уксуса).

В настоящее время многие микроорганизмы используются для промышленного получения нужных человеку веществ. Микробиологическая промышленность стала важной отраслью производства.

Печальную известность получили паразитические бактерии – возбудители опаснейших заболеваний человека: чумы, холеры, туберкулеза, дизентерии и множества других заболеваний. Вирусы и бактерии являются основными возбудителями инфекционных заболеваний.

Эукариоты. Все остальные организмы относят к ядерным, или эукариотам.

Эукариоты делятся на три царства: зеленые растения, грибы и животные.

Царство растений. Сюда относят зеленые растения с автотрофным питанием. Очень редко встречается гетеротрофность (например, у насекомоядного растения росянки и у паразитического растения омелы). У них всегда есть пластиды, содержащие хлорофилл. Клетки, как правило, имеют наружную оболочку из целлюлозы.

Царство растений подразделяется на три подцарства: настоящие водоросли, багрянковые (красные водоросли) и высшие растения.

Настоящие водоросли – это низшие растения. Среди нескольких типов этого подцарства встречаются одноклеточные и многоклеточные, клетки которых по строению и функциям различны.

Замечательно, что в разных типах водорослей прослеживаются тенденции перехода от одноклеточности к многоклеточности, к специализации и разделению половых клеток на мужские и женские.

Таким образом, разные типы водорослей как бы делают попытку прорваться на следующий этаж – на уровень многоклеточного организма, где разные клетки несут различные функции. Переход от одноклеточности к многоклеточности – пример ароморфоза в эволюции зеленых растений.

Багрянковые водоросли – многоклеточные организмы. Окраска красных водорослей определяется наличием в их клетках помимо хлорофилла красного и синего пигментов. Багрянковые водоросли резко отличаются от настоящих растений и животных тем, что даже мужские гаметы – спермии лишены жгутиков и неподвижны.

К группе низших эукариот относят так же лишайники. Это своеобразная группа организмов, возникшая в результате симбиоза. Тело лишайника образовано грибом, в котором могут жить сине-зеленые и зеленые водоросли.

Среди грибов различают разнообразные формы: хлебную плесень, плесневый грибок пенициллум, ржавчинные грибы, шляпочные грибы и трутовики. Общими особенностями для столь разнообразных форм является образование вегетативного тела гриба из тонких ветвящихся нитей, образующих грибницу.

К высшим растениям относят группу растений, тело которых состоит из корня, стебля и листьев. Эти части растений связаны друг с другом системой проводящих тканей, по которым транспортируются вода и питательные вещества.

Приобретение такой системы было важнейшим ароморфозом в эволюции растений. К высшим растениям относятся споровые – мохообразные, папоротникообразные и семенные – голосеменные, покрытосеменные (цветковые).

Споровые растения – первые из зеленых растений, вышедшие на сушу. Однако их подвижные, снабженные жгутиками гаметы, способны передвигаться только в воде. Поэтому такой выход на сушу нельзя считать полным.

Переход к семенному размножению позволил растениям отойти от берегов в глубь суши, что считается еще одним важнейшим ароморфозом в эволюции растений.

Царство животных очень многообразно, оно самое многочисленное, насчитывает около 2 млн. видов. Животные, живущие на Земле, разнообразны по размеру и форме тела: это и синий кит, масса которого достигает 150 тонн, и микроскопические одноклеточные амебы. Несмотря на различия в формах и размерах, все животные имеют общие признаки – клеточное строение и способность к питанию, дыханию, росту, развитию и размножению – как и другие живые организмы, но у животных есть и особые признаки, которые несвойственны другим организмам.

Животные имеют следующие отличия от растений и грибов, т.к. они:

питаются готовыми органическими веществами;

не способны к фотосинтезу (в отличие от растений);

подавляющее большинство животных способны перемещаться и совершать различные активные движения (в отличие от грибов и растений);

у большинства животных имеются системы органов: пищеварительная, дыхательная, нервная, выделительная, опорно-двигательная, которых нет у растений, грибов и бактерий.

Животные бывают одноклеточные, относящиеся к подцарству Простейшие, и многоклеточные. Многоклеточные животные образуют самую многочисленную группу живых организмов планеты, насчитывающую более 1,5 млн. ныне живущих видов. Одной из важнейших черт их организации является морфологическое и функциональное различие клеток тела. Между клетками в ходе эволюции произошло «разделение труда», что позволило им эффективнее выполнять свои функции. Впоследствии разные ткани объединились в органы, а органы – в соответствующие системы органов. Для осуществления взаимосвязи между ними и координации их работы образовались регуляторные системы – нервная и эндокринная. Благодаря контролю за деятельностью всех систем, многоклеточный организм работает как единое целое.

Многоклеточные животные имеют более крупные размеры. Для обеспечения питательными веществами у них формируется пищеварительный канал, что позволяет им заглатывать крупные пищевые частицы, поставляющие большое количество энергии. Для их расщепления появляются пищеварительные железы, выделяющие ферменты. Развившаяся опорно-двигательная система обеспечила поддержание определенной формы тела, защиту и опору для органов, а также активное передвижение многоклеточного животного в пространстве. Благодаря этой способности животные получили возможность осуществлять поиск пищи, находить укрытия и расселяться, С подвижностью организмов связана и другая важная особенность животных – клетка животных лишена плотной наружной оболочки, но при этом сохраняется внутренняя цитоплазматическая оболочка – мембранная. Наличие в клетке животных нерастворимых в воде твердых запасающих веществ (например, крахмала) препятствовало бы подвижности клетки. Вот почему основным запасающим веществом у животных является малорастворимый полисахарид – гликоген.

С увеличением размеров организма возникла необходимость в появлении систем, выполняющих роль доставки питательных веществ и кислорода к удаленным от пищеварительного канала и поверхности тела клеткам и тканям, а также удаляющих из них продукты обмена. Так возникли кровеносная, дыхательная и выделительная системы. Основную транспортную функцию стала играть жидкая соединительная ткань – кровь. Интенсификация дыхательной активности шла параллельно с прогрессивным развитием нервной системы и органов чувств. Произошло перемещение центральных отделов нервной системы в передний конец тела, в результате чего обособился головной отдел. Такое строение передней части тела животного позволило ему получать информацию об изменениях в окружающей среде и адекватно реагировать на них.

Многоклеточные животные размножаются в основном половым путем. У примитивных многоклеточных типа кишечнополостных есть вегетативное и бесполое размножение. У ряда многоклеточных животных происходит партеногенез. Некоторые являются гермафродитами.

По признаку отсутствия или наличия внутреннего скелета, животные подразделяются на две группы – беспозвоночные и позвоночные (включая один тип – Хордовые). Многоклеточные животные, как правило, характеризуются симметрией строения тела. У представителей типа кишечнополостных (гидры, медузы, актинии) наблюдается радиальная симметрия – с несколькими плоскостями и радиально расположенными органами вокруг главной оси тела. В процессе индивидуального развития у них образуется два отчетливо выраженных слоя клеток. У всех других животных в процессе индивидуального развития формируется третий, срединный, слой клеток, из которого развивается значительная часть внутренних органов. У них, как правило, есть одна плоскость симметрии, по обе стороны которой попарно располагаются различные органы. Это – двустороннесимметричные животные. Такой тип симметрии позволяет животным активно прямолинейно двигаться, сохраняя равновесие, с одинаковой легкостью поворачиваться вправо и влево.

На переднем (поступательном) конце тела двустороннесимметричных животных расположены рот, органы чувств и органы защиты и нападения. Обособление переднего конца тела связано с тем, что у активно передвигающихся животных именно передняя часть тела, прежде всего, контактирует с добычей или хищником.

Двустороннюю симметрию имеют все многоклеточные животные, кроме кишечнополостных и моллюсков. Ими являются черви, например, белая планария, дождевой червь; членистоногие (бабочки, пауки и т.д.); хордовые, например, рыбы, млекопитающие и др.

В процессе эволюции и в природе отбирались те животные, у которых передняя часть тела была более чувствительной и имела более развитые органы защиты и нападения. В связи с этим, самыми высокоорганизованными животными являются птицы и млекопитающие.

УЧЕНИЕ О КЛЕТКЕ (ЦИТОЛОГИЯ)

3.1. Основные положения клеточной теории, строение клетки Клетка – элементарная единица живой системы. Элементарной она может быть названа потому, что в природе нет более мелких систем, которым были бы присущи все без исключения признаки (свойства) живого. Изобретение микроскопа и его использование для биологических наблюдений позволило открыть неизвестный до тех пор мир.

Началом изучения клетки можно считать 1665 г., когда английский ученый Роберт Кук впервые увидел в микроскопе на тонком срезе пробки мелкие ячейки. Он их назвал клетками (от англ. сell – клетка). По мере усовершенствования микроскопов появлялись все новые сведения о клеточном строении растительных и животных организмов.

К началу XIX века представления о клеточном строении живых организмов получили широкое распространение и признание. Однако, множество вопросов оставались без ответа, например, что собой представляет клетка, как она устроена, какова ее роль для организма, как она произошла и др. Очень важное открытие в 30-х годах сделал шотландский ученый Роберт Броун. Наблюдая в микроскоп строение листа растения, он обнаружил внутри клетки растения круглое плотное образование, которое назвал ядром. Это открытие создало основу для сопоставления всех клеток.

В 1838 году немецкий ученый М. Шлейден первым пришел к заключению о том, что ядро является обязательным структурным элементом всех растительных клеток. Познакомившись с этим исследованием, Т. Шванн, соотечественник Шлейдена, был удивлен тем, что точно такие же образования он обнаружил и в животных клетках, изучением которых он занимался. Сопоставление большого числа растительных и животных клеток привело его к неожиданному выводу: все клетки, несмотря на их огромное разнообразие, сходны, т.к. у них есть ядра.

Обобщив разрозненные факты, Т. Шванн и М. Шлейден сформулировали основное положение клеточной теории: все растительные и животные организмы состоят из клеток, сходных по строению.

Позднее, спустя 20 лет, немецкий биолог Рудольф Вирхов внес очень важное дополнение в клеточную теорию. Он доказал, что количество клеток в организме увеличивается в результате клеточного деления, т.е. клетка происходит только от клетки.

Клеточная теория явилась одним из великих открытий XIX века. Она лежит в основе представлений о единстве всего живого, общности его происхождения и эволюционного развития. Основные успехи науки о клетке связаны с усовершенствованием инструментов и развитием методов исследования.

Основные положения клеточной теории на современном этапе развития биологии формулируются так:

1. Клетка является основной структурной и функциональной единицей жизни. Все организмы состоят из клеток, жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием составляющих его клеток.

2. Клетки всех организмов сходны по своему химическому строению, составу и функциям.

3. Все новые клетки образуются при делении исходных клеток.

Клетки животных, растений, грибов, в том числе и одноклеточных, имеют сходный химический состав и строение. В частности, все они имеют ядро и цитоплазму. В цитоплазме под световым микроскопом хорошо видны некоторые клеточные органоиды: вакуоли, хлоропласты, митохондрии и различного рода включения (см. рис. 3.1). Рассмотрим некоторые составные элементы клеток.

Рис. 3.1. Клетка Цитоплазма – обязательная часть клетки, заключенная между плазматической мембраной и ядром, заполненная водным раствором различных солей и органических веществ, среди которых преобладают белки. В состав цитоплазмы входят следующие органоиды (рабочие части клетки): эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, пластиды, аппарат Гольджи, лизосомы, органоиды движения и др. Большинство химических и физиологических процессов клетки проходит в цитоплазме. Вновь синтезированные белки и другие вещества перемещаются внутри клетки или выводятся из нее.

Каждую клетку животных, растений и грибов ограничивает от окружающей среды или других клеток плазматическая мембрана. Толщина ее так мала (около 10 нм), что ее можно увидеть только в электронный микроскоп.

Строение мембран всех других органоидов сходно с плазматической. Различаются они составом, соотношением липидов и белков, их расположением в структуре мембран.

Для переноса воды и различных ионов в клеточной мембране существуют поры, через которые в клетку пассивно поступают вода и некоторые ионы. Кроме того, существует активный перенос веществ в клетку с помощью специальных приспособлений плазматической мембраны. Это осуществляется на основе процессов фагоцитоза и пиноцитоза.

Захват плазматической мембраной твердых частиц и впячивание (втягивание) их внутрь клетки называют фагоцитозом (от греческого «фагос» – пожирать и «цитос» – клетка). Это явление можно наблюдать, например, при захвате амебой более мелких одноклеточных или при захвате бактерий, проникших в организм животного или человека, лейкоцитами крови. Сходным образом попадают в клетку растворимые в жидкости мелкие частицы или молекулы. При этом плазматическая мембрана образует впячивание в виде тонкого канальца, в который и попадает жидкость с растворенными в ней веществами. От канальца затем отпочковываются пузырьки. Наиболее универсальным способом присущим клеткам растений, животных и грибов является пиноцитоз (от греч. «пино» – пью и «цитос» - клетка).

В настоящее время сложилось представление о наличии в клетке единой мембранной системы. В этой системе взаимосвязаны такие органоиды клетки, как лизосомы, эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи.

Попадая в цитоплазму, пиноцитозные пузырьки и фагоцитозные включения передвигаются в ней и сливаются с лизосомами (от греч. «лизео» – растворяю, «сома» – тело). Это органоиды клетки овальной формы, окруженные мембраной. В них находится набор ферментов, которые разрушают белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды. Ферменты лизосом расщепляют принесенные фагоцитозными и пиноцитозными клетками инородные вещества. Осуществляя переваривание различных органических частиц, лизосомы обеспечивают дополнительным «сырьем» химические и энергетические процессы в клетке.

Системой синтеза и транспорта органических веществ в цитоплазме клетки, представляющей собой систему соединенных полостей, канальцев и трубочек является эндоплазматическая сеть (ЭПС) и рибосомы. Эндоплазматическая сеть ограничена мембраной, сходной по строению с плазматической мембраной.

К мембранам эндоплазматической сети прикреплено большое количество рибосом – органоидов, состоящих из РНК и белка. На рибосомах происходит синтез белков клетки. Затем вновь синтезированные белки поступают в систему полостей и канальцев, по которым они перемещаются внутри клетки.

В цитоплазме клетки есть и свободные, не прикрепленные к мембранам эндоплазматической сети рибосомы. Как правило, они располагаются группами, на них тоже синтезируются белки, используемые самой клеткой.

Комплекс Гольджи (КГ). Поступающие в просветы полостей и канальцев эндоплазматической сети продукты биосинтеза концентрируются и транспортируются в специальный аппарат – комплекс Гольджи. Он состоит из 3- сложенных стопкой, уплощенных, слегка изогнутых, дискообразных полостей.

КГ выполняет в клетке разнообразные функции: участвует в транспорте продуктов биосинтеза к поверхности клетки, в формировании лизосом и т.д.

В цитоплазме клеток расположены энергетические органоиды – митохондрии. Они видны в световой микроскоп. Форма митохондрий различна, они могут быть овальными, палочковидными и нитевидными. Число митохондрий в клетке зависит от функциональной активности клетки.

На электронных микрофотографиях видно, что митохондрии снаружи ограничены внешней мембраной, по строению сходной с плазматической мембраной. Под наружной мембраной расположена внутренняя мембрана, образующая многочисленные складки – кристы. Внутри митохондрий находятся окислительные ферменты, РНК, ДНК и рибосомы, отличающиеся от цитоплазматических. В стенках мембран митохондрий находятся специфические ферменты, с помощью которых происходит преобразование энергии пищевых веществ в энергию АТФ, необходимую для жизнедеятельности клетки и организма в целом.

Пластиды – это органоиды, свойственные только клеткам растений. По своему строению пластиды сходны с митохондриями, т.к. имеют двухмембранное строение. Существуют три вида пластид: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.

Хлоропласт по форме напоминает диск или шар диаметром 4-6 мкм с двойной оболочкой – наружной и внутренней. Внутри хлоропласта имеются ДНК, рибосомы и особые мембранные структуры – граны, связанные между собой и с внутренней мембраной хлоропласта. В мембранах гран находится хлорофилл. Благодаря хлорофиллу в хлоропластах происходит превращение энергии солнечного света в химическую энергию АТФ. Энергия АТФ используется в хлоропластах для синтеза углеводов из углекислого газа воздуха.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |
 


Похожие работы:

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации ФГБОУ ВПО Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина ВГМХА Ф ЗИ Молочное Первая ступень в наук е Сборник трудов ВГМХА по результатам работы Ежегодной научно-практической студенческой конференции Зооинженерный факультет Вологда – Молочное 2012 ББК 65.9 (2 Рос – 4 Вол) П-266 Редакционная коллегия: к. с.-х. н. доцент Кулакова Т.С. к. с.-х. н. доцент Третьяков Е.А. к. с.-х. н. доцент Механикова М.В. к.биол....»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СЫКТЫВКАРСКИЙ ЛЕСНОЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ С. М. КИРОВА (СЛИ) Кафедра воспроизводства лесных ресурсов БОТАНИКА Сборник описаний лабораторных работ для студентов направления бакалавриата 250700.62 Ландшафтная архитектура всех форм обучения Самостоятельное учебное...»

«ЭКОНОМИКА, ОРГАНИЗАЦИЯ, СТАТИСТИКА И ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ББК 65.9 (2) 32 ВЛИЯНИЕ КРИЗИСНОЙ СИТУАЦИИ В ЭКОНОМИКЕ НА ПОЛОЖЕНИЕ СРЕДНЕГО КЛАССА Пятова Ольга Федоровна, канд. экон. наук, доцент кафедры Статистика и экономический анализ ФГОУ ВПО Самарская государственная сельскохозяйственная академия. 446442, Самарская обл., п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2. Тел.: 8(84663)46-4-48. Ключевые слова: средний класс, среднедушевые доходы, медианный доход. В статье представлено отличие...»

«Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина В.Ю.Джамеев В.В.Жмурко А.М.Самойлов Молекулярные МехАнизМы нАСлеДоВАния Учебное пособие Харьков 2011 УДК 577.2 ББК 28.070 Д 40 Рецензенты: зав. кафедрой биохимии Харьковского национального университета имени В. Н. Каразина, доктор биологических наук, профессор Перский Е. Э.; зав. кафедрой экологии и биотехнологии Харьковского национального аграрного университета имени В. В....»

«УДК 316.42(476)(082) В первом выпуске сборника представлены статьи ведущих белорусских и российских социологов, посвященные актуальным проблемам развития белорусского общества, социальной теории, методологии и методикам социологических исследований, а также материалы, содержащие результаты научных исследований сотрудников Института социологии за 2000–2009 гг. Посвящается 20-летию Института социологии НАН Беларуси. Рассчитан на студентов, аспирантов, профессиональных социологов, а также...»

«А. Г. Б Р О И Д О ЗАДАЧНИК ПО О Б Щ Е Й МЕТЕОРОЛОГИИ ЧАСТЬ I Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия для студентов гидрометеорологических институтов и университетов БИБЛИОТЕКА Л. ни; г адского Гидрометеорологического Института ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО Л Е Н И Н Г Р А Д • 1970 УДК 551.5(076.1) В задачник включены задачи, охватывающие материал первой части курса общей метеорологии....»

«УДК 619:636.1 ДАВААДОРЖИЙН ЛХАМСАЙЗМАА ЭТИОПАТОГЕНЕЗ, СИМПТОМЫ И ЛЕЧЕНИЕ ОСТРОГО РАСШИРЕНИЯ ЖЕЛУДКА МОНГОЛЬСКОЙ ЛОШАДИ 06.02.01 – диагностика болезней и терапия животных, патология, онкология и морфология животных. Диссертация на соискание ученой...»

«ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ УДК 378:331.363(476) РЕЗУЛЬТАТИВНОСТЬ ВСТУПИТЕЛЬНОЙ КОМПАНИИ – ЗАЛОГ ВЫСОКОГО КАЧЕСТВА ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ Пестис В.К. УО Гродненский государственный аграрный университет г. Гродно, Республика Беларусь Известно, что важнейшей задачей ВУЗа является подготовка высококвалифицированного специалиста, способного работать в современных условиях хозяйствования. Опыт передовых хозяйств республики показывает, что без новейших технологий, современной техники, высокопродуктивных...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ Забайкальский аграрный институт – филиал ФГОУ ВПО Иркутская государственная сельскохозяйственная академия Кафедра экономики ПСИХОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС для студентов, обучающихся по специальностям: 080502 – Экономика и управление на предприятии (в агропромышленном комплексе) 080109 – Бухгалтерский учет, анализ и аудит Составитель: Доцент, к.с.-х.н, социальный психолог А.В. Болтян Чита 2011 2 УДК ББК Учебно-методический комплекс...»

«Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО Иркутский государственный университет БИОЛОГО-ПОЧВЕННЫЙ ФАКУЛЬТЕТ А. В. ЛИШТВА ЛИХЕНОЛОГИЯ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ УДК 582.29 ББК 28.591 Л67 Печатается по решению ученого совета биолого-почвенного факультета Иркутского государственного университета Рецензенты: канд. биол. наук, доц. каф. ботаники и генетики ИГУ Т. М. Янчук; канд. биол. наук, доц. каф. биологии ИГПУ Е. Н. Максимова Лиштва А. В. Лихенология : учеб.-метод. пособие / А. В. Лиштва. –...»

«Российская Академия Наук Институт философии С.С. Неретина ФИЛОСОФСКИЕ ОДИНОЧЕСТВА Москва 2008 УДК 10(09) ББК 87.3 Н-54 В авторской редакции Рецензенты доктор филос. наук В.Д. Губин доктор филос. наук Т.Б. Любимова Неретина С.С. Философские одиночества [Текст] / Н-54 С.С. Неретина; Рос. акад. наук, Ин-т философии. – М. : ИФРАН, 2008. – 269 с. ; 20 см. – 500 экз. – ISBN 978-5У человечества нет другого окошка, через которое видеть и дышать, чем прозрения одиночек. Монография – о философах,...»

«Администрация Алтайского края Международный координационный совет Наш общий дом – Алтай Алтайский государственный университет Факультет политических наук Кафедра политологии Институт философии и права СО РАН Алтайский государственный технический университет Международная кафедра ЮНЕСКО Алтайский государственный аграрный университет Кафедра философии Алтайский краевой общественный фонд Алтай – 21 век Российский гуманитарный научный фонд ЕВРАЗИЙСТВО: теоретический потенциал и практические...»

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Отделение биологических наук Радиобиологическое общество Научный совет по радиобиологии МЕЖДУНАРОДНАЯ АССОЦИАЦИЯ АКАДЕМИЙ НАУК МЕЖДУНАРОДНЫЙ СОЮЗ РАДИОЭКОЛОГИИ VI СЪЕЗД ПО РАДИАЦИОННЫМ ИССЛЕДОВАНИЯМ (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность) ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ Т О М II (секции VIII–XIV) Москва 25–28 октября 2010 года ББК 20.18 Р 15 ОРГАНИЗАЦИЯ-СПОНСОР Российский фонд фундаментальных исследований ОРГАНИЗАТОРЫ СЪЕЗДА:...»

«АКАДЕМИЯ НАУК СССР ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР Биолого-почвенный институт В. А. Красилов ЦАГАЯНСКАЯ ФЛОРА АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ Издательство Наука Москва 1976 УДК 561 : 763,335(571.6) К р а с и л о в В. А. Цагаянская флора Амурской области. М., Наука, 1976, 91 с. Буреинский Цагаян (Амурская область) — одно из крупнейших в Азии местонахождений ископаемых растений, известное у ж е более 100 лет. Интерес к дагаянской флоре объясняется, во-первых, ее пограничным положением между мезозоем и кайнозоем...»

«БАКИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (АЗЕРБАЙДЖАН) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МОЛДОВЫ (МОЛДОВА) ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. ЯНКИ КУПАЛЫ (БЕЛАРУСЬ) ЕВРАЗИЙСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Л.М. ГУМИЛЕВА (КАЗАХСТАН) ИНСТИТУТ ПСИХОТЕРАПИИ И ПСИХОЛОГИЧЕСКОГО КОНСУЛЬТИРОВАНИЯ (ГЕРМАНИЯ) КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. АЛЬ-ФАРАБИ (КАЗАХСТАН) КАЛМЫЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (РОССИЯ) КИЕВСКИЙ СЛАВИСТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (УКРАИНА) МИНСКИЙ ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ (БЕЛАРУСЬ)...»

«3 УДК:32.3(470+571)(082) ББК: 66.3 (2 Рос)я43. Р45 Реформа 1861 г. и современность: 150 лет со дня отмены крепостного права в России. Сборник научных статей по материалам Всероссийской научнопрактической конференции, Саратов, СГУ, 15 февраля 2011 г. Ответственный редактор – д-р полит. наук, профессор А.А. Вилков. Саратов: Издательский центр Наука. 2011. - 179 с. ISBN Сборник посвящен исследованию места и роли крепостничества в российской политической истории, особенностям его отмены и...»

«УДК 632. 954: 631.417 Куликова Наталья Александровна СВЯЗЫВАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ И ДЕТОКСИЦИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ГУМУСОВЫХ КИСЛОТ ПО ОТНОШЕНИЮ К АТРАЗИНУ (Специальность 03.00.27-почвоведение) Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук Научные руководители: кандидат биологических наук, доцент Г.Ф. Лебедева кандидат химических наук, старший научный сотрудник И.В. Перминова...»






 
© 2013 www.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.