самое важное что нужно знать по биологии

Самое важное что нужно знать по биологии

Биoлогия — наука о живой природе. Термин «биолoгия» был предложен в 1802 году Ж. Б. Ламарком и Г. Р. Тревиранусом независимо друг от друга.

Задачи биологии: изучение закономерностей проявления жизни (строения и функций живых организмов и их сообществ, распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и неживой природой); раскрытие сущности жизни; систематизация многообразия живых организмов.

Методы биологических исследований. Современная биология располагает широким набором методов исследования. Основными являются следующие методы. Метод наблюдения и описания заключается в сборе и описании фактов. Метод измерений использует измерения характеристик объектов. Сравнительный метод основан на анализе сходства и различий изучаемых объектов. Исторический метод изучает ход развития исследуемого объекта. Метод эксперимента даёт возможность изучать явления природы в заданных условиях. Метод моделирования позволяет описывать сложные природные явления относительно простыми моделями.

Связь биологии с другими науками. Биoлoгия тесно связана с фун­даментальными науками (математикой, физикой, химией), естественными (геологией, географией, почвоведением), общественными (психологией, социологией), прикладными (биотехнологией, бионикой, растениеводством, охраной природы) и принадлежит к комплексу естественных наук, то есть наук о природе.

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

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА ПО БИОЛОГИИ

Источники идей и источники цитат для конспектов по «Биологии»:

(с) Цитаты из вышеуказанных учебных пособий использованы на сайте в незначительных объемах, исключительно в учебных и информационных целях (пп. 1 п. 1 ст. 1274 ГК РФ).

Источник

ОГЭ по биологии: как подготовиться к экзамену

Рассказываем о требованиях к заданиям и подробно разбираем задачи

Как устроен экзамен

Задания. В ОГЭ по биологии две части и 32 задания.

Часть 1 → 28 заданий с кратким ответом. В бланк достаточно вписать одну или несколько цифр с правильным вариантом ответа, верно записать последовательность или соответствие.

В заданиях 1–22 нужно выбрать один из четырёх вариантов ответа, в заданиях 23–24 — три из шести вариантов.

Задание 25: установить соответствие, подобрав к каждому элементу из первого столбца верную цифру из второго столбца.

Задание 26: установить правильную последовательность элементов.

Задание 27: подставить верные термины в текст.

Задание 28: выбрать из предложенного списка правильные характеристики объекта и составить его описание по заданному алгоритму.

Часть 2 → 4 задания с развёрнутым ответом. В них требуется подробно расписать ход решения.

Задание 29: ответить на несколько вопросов по тексту.

Задание 30: поработать с данными статистики и подробно пояснить сделанные выводы.

В задании 31 от вас потребуется, исходя из условия задачи, подобрать рацион питания и объяснить свой выбор. В задании 32 — опираясь на результаты, полученные в задании 31, ответить на теоретический вопрос, связанный с темой питания человека.

Разделы курса. Экзаменационная работа по биологии охватывает пять основных блоков:

1. Биология как наука

2. Признаки живых организмов

3. Система, многообразие и эволюция живой природы

4. Человек и его здоровье

5. Взаимосвязи организмов и окружающей среды

Требования. Чтобы успешно сдать экзамен, вам нужно знать:

Время. ОГЭ по биологии длится 3 часа (180 минут).

Материалы и оборудование. Разрешается брать с собой на экзамен линейку и непрограммируемый калькулятор.

Как оценивается работа

Всего на экзамене можно получить 46 первичных баллов.

1 балл → задания 1–22

2 балла → задания 23–27, 32

3 балла → задания 28–31

Вы получите 1 балл за задания 23 и 24, если укажете только два из трёх правильных вариантов ответа. Если выбран только один верный ответ или ни одного, баллы не начисляются вовсе. Если вы укажете в ответе больше вариантов, чем три, за каждую лишнюю цифру в ответе снимут 1 балл.

Вы получите 1 балл за задания 25 и 27, если совершите не более одной ошибки. 1 балл за задание 26 выставляется, если перепутана последовательность не более двух элементов.

В задании 28 за каждую ошибку снимается 1 балл. За три и более ошибок вы получите 0 баллов.

В заданиях 29–32 количество баллов зависит от полноты и правильности ответов.

Подробнее о требованиях к сдаче экзамена и распределении заданий по тематическим блокам читайте в спецификации за 2019 год.

Разбор заданий 23–32

Задания 23 и 24

Какие из приведённых свойств характерны для растений из семейства Розоцветные? Выберите три верных признака из шести и запишите цифры, под которыми они указаны.

1. Могут быть древесными

2. Пятичленный цветок

3. Прилистники отсутствуют

5. Параллельное жилкование

6. Большое число тычинок в цветке

Чтобы выполнить задание, нужно знать характерные признаки семейств, в данном случае — семейства розоцветных. При подготовке к экзамену сделайте краткое описание каждого семейства по следующему алгоритму.

👉 Умейте выделять общие и различные признаки разных групп и классов животных.

👉 Помните об исключениях.

Какие признаки являются общими для птиц и крокодилов? Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны.

1. Имеются атлант и эпистрофей

3. Имеется четырёхкамерное сердце

5. Конечный продукт азотного обмена — мочевина

Крокодил — исключение из всех рептилий, у него четырёхкамерное сердце, как у теплокровных, в том числе птиц, поэтому пункт 3 является верным. Кроме того, у крокодилов и птиц имеется атлант и эпистрофей, и они откладывают яйца.

👉 Ориентируйтесь на ключевые слова в задании.

Какие из перечисленных признаков красноухой черепахи позволяют отнести её к позвоночным животным? Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны.

1. Сердце красноухой черепахи состоит из 2-х предсердий и 1-го желудочка

2. Череп краноухой черепахи имеет анапсидное строение, так как в нём отсутствуют височные окна

3. Центральная нервная система красноухой черепахи представлена головным и спинным мозгом

4. У эмбриона красноухой черепахи имеется хорда

5. Верхний щит панциря красноухой черепахи срастается с рёбрами и отростками позвонков

6. Красноухая черепаха откладывает яйца во влажный песок

Ищите ключевые слова, которые помогут определить признаки принадлежности черепахи к позвоночным: череп, головной и спинной мозг, позвонки (всё это есть только у позвоночных.)

Задание 25

В этом задании часто предлагается установить соответствие между организмами и стадиями (или типом) их развития, родственными растениями и их признаками.

👉 При решении ориентируйтесь на количество признаков.

Чаще всего 3 признака относятся к одной категории, 3 — к другой, но бывает иначе. Однако, если вам кажется, что к одной категории относятся 5 или все 6 признаков, скорее всего, в ваших рассуждениях есть ошибка.

👉 Правильно заполняйте таблицу с ответом, будьте внимательны при совмещёнии букв и цифр.

Установите соответствие между перечисленными насекомыми и типами их развития. Для этого к каждому элементу первого столбца подберите позицию из второго столбца.

А. Стрекоза коромысло

Б. Бабочка капустница

1. Полное превращение

2. Неполное превращение

Задание 26

В этих заданиях часто требуется установить верную последовательность таксономических групп — царство, тип, класс, отряд, семейство, род и вид. Также встречаются задания на знание стадий жизненного цикла тех или иных организмов, порядок расположения органов в теле человека и последовательность проведения эксперимента.

👉 Обратите внимание, с чего начинать.

В заданиях обычно есть уточнение, с какого элемента нужно выстраивать последовательность. Если вы это пропустите и напишете верную последовательность, но «наоборот», вы получите 0 баллов.

Установите последовательность таксономических единиц в классификации вороны, начиная с наибольшей. В ответе запишите соответствующую последовательность цифр.

Наибольшая таксономическая единица в данном случае подтип —позвоночные. За ним следуют класс (птицы), отряд (воробьинообразные), семейство (врановые), род (ворона) и вид (ворона серая).

👉 Если такого уточнения нет, ориентируйтесь на условие задачи и здравый смысл.

Расположите в правильном порядке пункты инструкции по проведению эксперимента, доказывающего использование растениями атмосферного углекислого газа. В ответе запишите соответствующую последовательность цифр.

1. Посадите в кадку предварительно взвешенный саженец ивы

2. Взвесьте выросший саженец и высушенную почву

3. Регулярно поливайте саженец

4. Взвесьте сухую почву и насыпьте её в кадку

5. Через 5 лет извлеките саженец из кадки

6. Установите кадку с саженцем в освещённое место

Очевидно, что в данном случае эксперимент начинается с подготовки почвы. Далее следует посадка саженца, установка кадки в освещённое место, полив, извлечение из кадки и взвешивание саженца и почвы.

Задание 27

В этом задании необходимо вставить в текст верные термины.

👉 Используйте в качестве подсказки падежные и временные формы, в которых должны стоять термины в предложении — в них же они стоят и в вариантах ответов. Таким образом, в каждом пункте (А, Б, В, Г) вам придется делать выбор не из шести, а из двух подходящих вариантов.

Для пункта А подходят перикард и миокард, для пунктов Б и В — диастолы и систолы, для пункта Г нужно выбрать между словами «правом» или «левом».

Текст с верно вставленными терминами выглядит так:

«Сокращения сердца обеспечиваются мышечным слоем, называемым миокард. Сердечный цикл состоит из нескольких последовательных фаз: систолы предсердий, систолы желудочков и общей диастолы. Водитель сердечного ритма расположен в правом предсердии».

Задание 28

В этом задании нужно не столько знание, сколько внимательность. Вам дано изображение биологического объекта, животного или растения, и изображения тех или иных морфологических признаков подобных объектов. Глядя на картинки, нужно выбрать из представленного перечня морфологические признаки, относящиеся к указанному в задаче объекту.

Смотрим на фотографию. Определяем отряд, сравнивания тип крыльев с представленным перечнем.

Очевидно, что перед нами представитель отряда сетчатокрылых.

По такому же алгоритму определяем тип складывания крыльев, форма антенн, тип ротового аппарата, форма передних лапок и вносим в ответ нужные пункты.

Задание 29

Для этого задания вам даётся текст и несколько вопросов к нему.

1. Где строит своё гнездо пухляк?

2. Сколько яиц может произвести пара пухляков за жизнь?

3. К какому отряду относится пухляк, и насколько сформированными рождаются его птенцы?

Алгоритм выполнения задания

2. Найдите в нём информацию для ответа на вопрос.

Ответ на первый вопрос содержится во фразе «Дупло пара выдалбливает и выщипывает себе сама, обычно в подгнившем стволе осины, березы, ольхи».

Типичная ошибка: упоминание ещё и лиственницы. В задании спрашивают, где пухляк строит гнездо, а в лиственнице птица использует уже существующие дупла.

3. Если информации в самом тексте нет, определите, какие именно данные нужны для получения ответа.

Чтобы определить, сколько яиц приносит пара пухляков за жизнь, нужно знать, сколько они живут, когда начинают приносить потомство, сколько яиц в кладке и сколько выводков бывает в год. Все эти данные есть в тексте: пухляк становится половозрелым на втором году жизни и живёт до 9-ти лет. В кладке обычно 6–8 яиц, 2-х выводков в сезоне не бывает.

4. Сделайте необходимые подсчёты.

Получается, что в течение 8-ми лет пара пухляков каждый год приносит 6–8 яиц. 6×8=48, 8×8=64.

Типичная ошибка: не учитывается важная информация, в данном случае, возраст, с которого птицы могут приносить потомство. Количество яиц в кладке умножается не на 8, а на 9 лет, и результат выходит неверный.

5. Ищите в тексте подсказки, которые позволяют дать ответ на вопрос, применив знания из курса биологии.

Подсказки для ответа на третий вопрос:

Упоминание в тексте, что пухляк — это синица. Синицы относятся к отряду воробьинообразных.

Сведения о том, что пухляки выводят птенцов в дуплах. Все дуплогнездные птицы относятся к птенцовым, а у птенцовых детёныши рождаются голыми, слепыми и беспомощными. Значит, и у пухляка тоже.

6. Аккуратно распишите решение по пунктам: номер вопроса, ответ на вопрос, обоснование.

Задание 30

В этом задании вам даётся таблица со статистическими данными. Её необходимо проанализировать и дать ответ на вопросы, опираясь на знания курса биологии.

Пользуясь таблицей «Объём кровотока» и знаниями курса биологии, ответьте на следующие вопросы:

1. В каком органе кровоток при физической нагрузке уменьшается и почему?

2. Почему кровоток в коже при физической нагрузке увеличивается?

3. Какая часть вегетативной нервной системы активируется при физической нагрузке: симпатическая или парасимпатическая?

1. Из таблицы видно, что при физической нагрузке кровоток уменьшается в тонком кишечнике. Чтобы ответить на вопрос «почему», используем знания биологии. В данном случае причина — необходимость обеспечить больший приток крови к мышцам и коже.

2. Кожа обеспечивает терморегуляцию, защищая от перегревания путём выделения и испарения пота. Для образования пота необходим обильный кровоток через кожу.

3. При физической нагрузке активизируется симпатическая нервная система.

Задание 31

В этом задании даётся перечень условий и статистические данные, на основании которых вам необходимо подобрать меню, а именно: таблица энергозатрат при совершении определённых действий в килокалориях и перечень продуктов, их калорийность и содержание в них белков, жиров и углеводов.

Маша и Миша решили посетить скалодром. Чтобы сэкономить на проезде в автобусе, они надели ролики и за полчаса быстрого катания добрались до скалодрома, где провели 2 часа на скалолазных трассах, после чего вернулись домой на роликах длинным путём, потратив 40 минут.

Дома Маша и Миша решили пообедать. У Маши аллергия на глютен, содержащийся в большинстве злаковых культур, а Миша не любит рыбу, но хочет, чтобы в его рационе было много белка.

Укажите энергозатраты Маши и Миши и составьте для каждого рекомендованный обед с учётом индивидуальных потребностей.

Таблица 1

Таблица 2

Алгоритм выполнения задания

1. Пользуясь таблицей, подсчитываем энергозатраты.

Скалодром — 5,5 ккал/мин, 2 часа, то есть 120 минут.

Катание на роликах — 7,5 ккал/мин, 30 минут туда и 40 минут обратно, итого 70 минут.

(5,5×120)+(7,5×70)= 660+525=1185 ккал.

2. Ориентируясь на условие, подбираем продукты, которые можно использовать.

Если сказано, что Маше нельзя глютен, надо вычеркнуть все продукты, которые его содержат. Глютен содержится в злаках, за исключением гречки и риса, поэтому нужно вычеркнуть все остальные крупы, хлебобулочные изделия, макароны и колбасу.

Если указано, что Миша не любит рыбу, но хочет получать больше белка, нужно вычеркнуть рыбу и выбрать продукты с наибольшим содержанием белка.

Подобным же образом необходимо рассуждать, если в условии упомянуты какие-то другие обстоятельства или ограничения.

3. Составляем меню таким образом, чтобы перекрыть получившееся количество затраченных калорий. Превышение допустимо не более чем на 20 килокалорий.

Меню для Маши: суп из пакета, картофель, шпроты в масле, сыр, апельсиновый сок — 1199 ккал.

Меню для Миши: колбаса сырокопчёная, сыр, печенье крекер, апельсиновый сок — 1206 ккал.

Задание 32

Оно всегда связано с заданием 31 и выполняется на основе тех данных, которые вы получили.

Кто из юных скалолазов после обеда в покое дольше будет чувствовать сытость? Объясните свой выбор.

Мы знаем, что углеводы усваиваются быстрее жиров. Оцените меню Маши и Миши с точки зрения количества жиров. У Маши в меню 63,3 г жиров, у Миши — 82,3 г, значит, Миша будет чувствовать сытость дольше.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter

Источник

Что надо знать к ОГЭ по биологии, чтобы сдать его?

Основная информация, которая пригодится

Всё, что нужно знать об ОГЭ по биологии в 2020 году, можно почитать здесь — как готовиться, на что обращать внимание, почему могут снять баллы, что советуют участники ОГЭ прошлого года.

Подпишись на нас в Вконтакте и будь в курсе последних новостей!

Биология (от греч. биос — жизнь, логос — слово, наука) — это комплекс наук о живой природе.

Предметом биологии являются все проявления жизни: строение и функции живых существ, их разнообразие, происхождение и развитие, а также взаимодействие с окружающей средой. Основная задача биологии как науки состоит в истолковании всех явлений живой природы на научной основе, учитывая при этом, что целостному организму присущи свойства, в корне отличающиеся от его составляющих.

Термин «биология» встречается в трудах немецких анатомов Т. Роозе (1779) и К. Ф. Бурдаха (1800), однако только в 1802 году он был впервые употреблен независимо друг от друга Ж. Б. Ламар ком и Г. Р. Тревиранусом для обозначения науки, изучающей живые организмы.

В настоящее время в состав биологии включают целый ряд наук, которые можно систематизировать по таким критериям: по предмету и преобладающим методам исследования и по изучаемому уровню организации живой природы. По предмету исследования биологические науки делят на бактериологию, ботанику, вирусологию, зоологию, микологию.

В свою очередь, каждая из перечисленных биологических наук подразделяется на биохимию, морфологию, анатомию, физиологию, эмбриологию, генетику и систематику (растений, животных или микроорганизмов). Биохимия — это наука о химическом составе живой материи, химических процессах, происходящих в живых организмах и лежащих в основе их жизнедеятельности. Морфология — биологическая наука, изучающая форму и строение организмов, а также закономерности их развития. В широком смысле она включает в себя цитологию, анатомию, гистологию и эмбриологию. Различают морфологию животных и растений. Анатомия — это раздел биологии (точнее — морфологии), наука, изучающая внутреннее строение и форму отдельных органов, систем и организма в целом. Анатомия растений рассматривается в составе ботаники, анатомия животных — в составе зоологии, а анатомия человека является отдельной наукой. Физиология — биологическая наука, изучающая процессы жизнедеятельности растительных и животных организмов, их отдельных систем, органов, тканей и клеток. Существуют физиология растений, животных и человека. Эмбриология (биология развития) — раздел биологии, наука об инди видуальном развитии организма, в том числе развитии зародыша.

Объектом генетики являются закономерности наследственности и изменчивости. В настоящее время это одна из наиболее динамично развивающихся биологических наук.

По изучаемому уровню организации живой природы выделяют молекулярную биологию, цитологию, гистологию, органологию, биологию организмов и надорганизменных систем. Молекулярная биология является одним из наиболее молодых разделов биологии, наука, изучающая, в частности, организацию наследственной информации и биосинтез белка. Цитология, или клеточная биология, — биологическая наука, объектом изучения которой являются клетки как одноклеточных, так и многоклеточных организмов. Гистология — биологическая наука, раздел морфологии, объектом которой является строение тканей растений и животных. К сфере органологии относят морфологию, анатомию и физиологию различных органов и их систем.

Биология организмов включает все науки, предметом которых являются живые организмы, например, этологию — науку о поведении организмов.

Биология надорганизменных систем подразделяется на биогеографию и экологию. Распространение живых организмов изучает биогеография, тогда как экология — организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы.

По преобладающим методам исследования можно выделить описательную (например, морфологию), экспериментальную (например, физиологию) и теоретическую биологию.

Выявление и объяснение закономерностей строения, функционирования и развития живой природы на различных уровнях ее организации является задачей общей биологии. К ней относят биохимию, молекулярную биологию, цитологию, эмбриологию, генетику, экологию, эволюционное учение и антропологию. Эволюционное учение изучает причины, движущие силы, механизмы и общие закономерности эволюции живых организмов. Одним из его разделов является палеонтология — наука, предметом которой являются ископаемые останки живых организмов. Антропология — раздел общей биологии, наука о происхождении и развитии человека как биологического вида, а также разнообразии популяций современного человека и закономерностях их взаимодействия.

Прикладные аспекты биологии отнесены к сфере биотехнологии, селекции и других быстроразвивающихся наук. Биотехнологией называют биологическую науку, изучающую использование живых организмов и биологических процессов в производстве. Она широко применяется в пищевой (хлебопечение, сыроделие, пивоварение и др.) и фармацевтической промышленностях (получение антибиотиков, витаминов), для очистки вод и т. п. Селекция — наука о методах создания пород домашних животных, сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов с нужными человеку свойствами. Под селекцией понимают и сам процесс изменения живых организмов, осуществляемый человеком для своих потребностей.

Прогресс биологии тесно связан с успехами других естественных и точных наук, таких как физика, химия, математика, информатика и др. Например, микроскопирование, ультразвуковые исследования (УЗИ), томография и другие методы биологии основываются на физических закономерностях, а изучение структуры биологических молекул и процессов, происходящих в живых системах, было бы невозможным без применения химических и физических методов. Применение математических методов позволяет, с одной стороны, выявить наличие закономерной связи между объектами или явлениями, подтвердить достоверность полученных результатов, а с другой — смоделировать явление или процесс. В последнее время все большее значение в биологии приобретают компьютерные методы, например моделирование. На стыке биологии и других наук возник целый ряд новых наук, таких как биофизика, биохимия, бионика и др.

Наиболее важными событиями в области биологии, повлиявшими на весь ход ее дальнейшего развития, являются: установление молекулярной структуры ДНК и ее роли в передаче информации в живой материи (Ф. Крик, Дж. Уотсон, М. Уилкинс); расшифровка генетического кода (Р. Холли, Х. Г. Корана, М. Ниренберг); открытие структуры гена и генетической регуляции синтеза белков (А. М. Львов, Ф. Жакоб, Ж. Л. Моно и др.); формулировка клеточной теории (М. Шлейден, Т. Шванн, Р. Вирхов, К. Бэр); исследование закономерностей наследственности и изменчивости (Г. Мендель, Х. де Фриз, Т. Морган и др.); формулировка принципов современной систематики (К. Линней), эволюционной теории (Ч. Дарвин) и учения о биосфере (В. И. Вернадский).

Значимость открытий последних десятилетий еще предстоит оценить, однако наиболее крупными достижениями биологии были признаны: расшифровка генома человека и других организмов, определение механизмов контроля потока генетической информации в клетке и формирующемся организме, механизмов регуляции деления и гибели клеток, клонирование млекопитающих, а также открытие возбудителей «коровьего бешенства» (прионов).

Работы по программе «Геном человека», которые проводились одновременно в нескольких странах и были завершены в начале нынешнего века, привели нас к пониманию того, что у человека имеется около 25–30 тыс. генов, но информация с большей части нашей ДНК не считывается никогда, так как в ней содержится огромное количество участков и генов, кодирующих признаки, утратившие значение для человека (хвост, оволосение тела и др.). Кроме того, был расшифрован ряд генов, отвечающих за развитие наследственных заболеваний, а также геновмишеней лекарственных препаратов. Однако практическое применение результатов, полученных в ходе реализации данной программы, откладывается до тех пор, пока не будут расшифрованы геномы значительного количества людей, и тогда станет понятно, в чем же все-таки их различие. Эти цели поставлены перед целым рядом ведущих лабораторий всего мира, работающих над реализацией программы «ENCODE».

Биологические исследования являются фундаментом медицины, фармации, широко используются в сельском и лесном хозяйстве, пищевой промышленности и других отраслях человеческой деятельности.

Хорошо известно, что только «зеленая революция» 1950-х годов позволила хотя бы частично решить проблему обеспечения быстро растущего населения Земли продуктами питания, а животноводство — кормами за счет внедрения новых сортов растений и прогрессивных технологий их выращивания. В связи с тем, что генетически запрограммированные свойства сельскохозяйственных культур уже почти исчерпаны, дальнейшее решение продовольственной проблемы связывают с широким введением в производство генетически модифицированных организмов.

Производство многих продуктов питания, таких как сыры, йогурты, колбасы, хлебобулочные изделия и др., также невозможно без использования бактерий и грибов, что является предметом биотехнологии.

Познание природы возбудителей, процессов течения многих заболеваний, механизмов иммунитета, закономерностей наследственности и изменчивости позволили существенно снизить смертность и даже полностью искоренить ряд болезней, таких, например, как черная оспа. С помощью новейших достижений биологической науки решается и проблема репродукции человека.

Значительная часть современных лекарственных препаратов производится на основе природного сырья, а также благодаря успехам генной инженерии, как, например, инсулин, столь необходимый больным сахарным диабетом, в основном синтезируется бактериями, которым перенесен соответствующий ген.

Не менее значимы биологические исследования для сохранения окружающей среды и разнообразия живых организмов, угроза исчезновения которых ставит под сомнение существование человечества.

Наибольшее значение среди достижений биологии имеет тот факт, что они лежат даже в основе построения нейронных сетей и генетического кода в компьютерных технологиях, а также широко используются в архитектуре и других отраслях. Вне всякого сомнения, наступивший XXI век является веком биологии.

Методы познания живой природы

Как и любая другая наука, биология имеет свой арсенал методов. Помимо научного метода познания, применяемого в других отраслях, в биологии широко используются такие методы, как исторический, сравнительно-описательный и др.

Научный метод познания включает в себя наблюдение, формулировку гипотез, эксперимент, моделирование, анализ результатов и выведение общих закономерностей.

Наблюдение — это целенаправленное восприятие объектов и явлений с помощью органов чувств или приборов, обусловленное задачей деятельности. Основным условием научного наблюдения является его объективность, т. е. возможность проверки полученных данных путем повторного наблюдения или применения иных методов исследования, например эксперимента. Полученные в результате наблюдения факты называются данными. Они могут быть как качественными (описывающими запах, вкус, цвет, форму и т. д.), так и количественными, причем количественные данные являются более точными, чем качественные.

На основе данных наблюдений формулируется гипотеза — предположительное суждение о закономерной связи явлений. Гипотеза подвергается проверке в серии экспериментов.Экспериментом называется научно поставленный опыт, наблюдение исследуемого явления в контролируемых условиях, позволяющих выявить характеристики данного объекта или явления. Высшей формой эксперимента является моделирование — исследование каких-либо явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей. По существу это одна из основных категорий теории познания: на идее моделирования базируется любой метод научного исследования — как теоретический, так и экспериментальный.

Результаты эксперимента и моделирования подвергаются тщательному анализу. Анализомназывают метод научного исследования путем разложения предмета на составные части или мысленного расчленения объекта путем логической абстракции. Анализ неразрывно связан с синтезом. Синтез — это метод изучения предмета в его целостности, в единстве и взаимной связи его частей. В результате анализа и синтеза наиболее удачная гипотеза исследования становится рабочей гипотезой, и если она способна устоять при попытках ее опровержения и по-прежнему удачно предсказывает ранее необъясненные факты и взаимосвязи, то она может стать теорией.

Под теорией понимают такую форму научного знания, которая дает целостное представление о закономерностях и существенных связях действительности. Общее направление научного исследования состоит в достижении более высоких уровней предсказуемости. Если теорию не способны изменить никакие факты, а встречающиеся отклонения от нее регулярны и предсказуемы, то ее можно возвести в ранг закона — необходимого, существенного, устойчивого, повторяющегося отношения между явлениями в природе.

По мере увеличения совокупности знаний и совершенствования методов исследования гипотезы и прочно укоренившиеся теории могут оспариваться, видоизменяться и даже отвергаться, поскольку сами научные знания по своей природе динамичны и постоянно подвергаются критическому переосмыслению.

Исторический метод выявляет закономерности появления и развития организмов, становления их структуры и функции. В ряде случаев с помощью этого метода новую жизнь обретают гипотезы и теории, ранее считавшиеся ложными. Так, например, произошло с предположениями Ч. Дарвина о природе передачи сигналов по растению в ответ на воздействия окружающей среды.

Сравнительно-описательный метод предусматривает проведение анатомо-морфологического анализа объектов исследования. Он лежит в основе классификации организмов, выявления закономерностей возникновения и развития различных форм жизни.

Мониторинг — это система мероприятий по наблюдению, оценке и прогнозу изменения состояния исследуемого объекта, в частности биосферы.

Проведение наблюдений и экспериментов требует зачастую применения специального оборудования, такого как микроскопы, центрифуги, спектрофотометры и др.

Микроскопия широко применяется в зоологии, ботанике, анатомии человека, гистологии, цитологии, генетике, эмбриологии, палеонтологии, экологии и других разделах биологии. Она позволяет изучить тонкое строение объектов с использованием световых, электронных, рентгеновских и других типов микроскопов.

Организм — это целостная система, способная к самостоятельному существованию. По количеству клеток, входящих в состав организмов, их делят на одноклеточные и многоклеточные. Клеточный уровень организации у одноклеточных организмов (амебы обыкновенной, эвглены зеленой и др.) совпадает с организменным. В истории Земли был период, когда все организмы были представлены только одноклеточными формами, но они обеспечивали функционирование как биогеоценозов, так и биосферы в целом. Большинство многоклеточных организмов представлено совокупностью тканей и органов, в свою очередь также имеющих клеточное строение. Органы и ткани приспособлены для выполнения определенных функций. Элементарной единицей данного уровня является особь в ее индивидуальном развитии, или онтогенезе, поэтому организменный уровень также называют онтогенетическим. Элементарным явлением данного уровня являются изменения организма в его индивидуальном развитии.

Популяция — это совокупность особей одного вида, свободно скрещивающихся между собой и проживающих обособленно от других таких же групп особей.

В популяциях происходит свободный обмен наследственной информацией и ее передача потомкам. Популяция является элементарной единицей популяционно-видового уровня, а элементарным явлением в данном случае являются эволюционные преобразования, например мутации и естественный отбор.

Биогеоценоз представляет собой исторически сложившееся сообщество популяций разных видов, взаимосвязанных между собой и окружающей средой обменом веществ и энергии.

Биогеоценозы являются элементарными системами, в которых осуществляется вещественноэнергетический круговорот, обусловленный жизнедеятельностью организмов. Сами биогеоценозы — это элементарные единицы данного уровня, тогда как элементарные явления — это потоки энергии и круговороты веществ в них. Биогеоценозы составляют биосферу и обусловливают все процессы, протекающие в ней.

Биосфера — оболочка Земли, населенная живыми организмами и преобразуемая ими.

Биосфера является самым высоким уровнем организации жизни на планете. Эта оболочка охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхний слой литосферы. Биосфера, как и все другие биологические системы, динамична и активно преобразуется живыми существами. Она сама является элементарной единицей биосферного уровня, а в качестве элементарного явления рассматривают процессы круговорота веществ и энергии, происходящие при участии живых организмов.

Как уже было сказано выше, каждый из уровней организации живой материи вносит свою лепту в единый эволюционный процесс: в клетке не только воспроизводится заложенная наследственная информация, но и происходит ее изменение, что приводит к возникновению новых сочетаний признаков и свойств организма, в свою очередь подвергающихся действию естественного отбора на популяционно-видовом уровне и т. д.

Биологические объекты различной степени сложности (клетки, организмы, популяции и виды, биогеоценозы и саму биосферу) рассматривают в настоящее время в качествебиологических систем.

Система — это единство структурных компонентов, взаимодействие которых порождает новые свойства по сравнению с их механической совокупностью. Так, организмы состоят из органов, органы образованы тканями, а ткани формируют клетки.

Характерными чертами биологических систем являются их целостность, уровневый принцип организации, о чем говорилось выше, и открытость. Целостность биологических систем в значительной степени достигается за счет саморегуляции, функционирующей по принципу обратной связи.

К открытым системам относят системы, между которыми и окружающей средой происходит обмен веществ, энергии и информации, например, растения в процессе фотосинтеза улавливают солнечный свет и поглощают воду и углекислый газ, выделяя кислород.

Одним из основополагающих понятий в современной биологии является представление о том, что всем живым организмам присуще клеточное строение. Изучением строения клетки, ее жизнедеятельности и взаимодействия с окружающей средой занимается наукацитология, в настоящее время чаще именуемая клеточной биологией. Своему появлению цитология обязана формулировке клеточной теории (1838–1839 гг., М. Шлейден, Т. Шванн, дополнена в 1855 г. Р. Вирховым).

Клеточная теория является обобщенным представлением о строении и функциях клеток как единиц живого, об их размножении и роли в формировании многоклеточных организмов.

Основные положения клеточной теории:

Клетка — единица строения, жизнедеятельности, роста и развития живых организмов — вне клетки жизни нет. Клетка — единая система, состоящая из множества закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определенное целостное образование. Клетки всех организмов сходны по своему химическому составу, строению и функциям. Новые клетки образуются только в результате деления материнских клеток («клетка от клетки »). Клетки многоклеточных организмов образуют ткани, из тканей состоят органы. Жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием составляющих его клеток. Клетки многоклеточных организмов имеют полный набор генов, но отличаются друг от друга тем, что у них работают различные группы генов, следствием чего является морфологическое и функциональное разнообразие клеток — дифференцировка.

Благодаря созданию клеточной теории стало понятно, что клетка является мельчайшей единицей жизни, элементарной живой системой, которой присущи все признаки и свойства живого. Формулировка клеточной теории стала важнейшей предпосылкой развития воззрений на наследственность и изменчивость, так как выявление их природы и присущих им закономерностей неизбежно наводило на мысль об универсальности строения живых организмов. Выявление единства химического состава и плана строения клеток послужило толчком и для развития представлений о происхождении живых организмов и их эволюции. Кроме того, происхождение многоклеточных организмов из единственной клетки в процессе эмбрионального развития стало догмой современной эмбриологии.

В живых организмах встречается около 80 химических элементов, однако только для 27 из этих элементов установлены их функции в клетке и организме. Остальные элементы присутствуют в незначительных количествах, и, по-видимому, попадают в организм с пищей, водой и воздухом. Содержание химических элементов в организме существенно различается. В зависимости от концентрации их делят на макроэлементы и микроэлементы.

Концентрация каждого из макроэлементов в организме превышает 0,01 %, а их суммарное содержание — 99 %. К макроэлементам относят кислород, углерод, водород, азот, фосфор, серу, калий, кальций, натрий, хлор, магний и железо. Первые четыре из перечисленных элементов (кислород, углерод, водород и азот) называют такжеорганогенными, поскольку они входят в состав основных органических соединений. Фосфор и сера также являются компонентами ряда органических веществ, например белков и нуклеиновых кислот. Фосфор необходим для формирования костей и зубов.

Без оставшихся макроэлементов невозможно нормальное функционирование организма. Так, калий, натрий и хлор участвуют в процессах возбуждения клеток. Калий также необходим для работы многих ферментов и удержания воды в клетке. Кальций входит в состав клеточных стенок растений, костей, зубов и раковин моллюсков и требуется для сокращения мышечных клеток, а также для внутриклеточного движения. Магний является компонентом хлорофилла — пигмента, обеспечивающего протекание фотосинтеза. Он также принимает участие в биосинтезе белка. Железо, помимо того, что оно входит в состав гемоглобина, переносящего кислород в крови, необходимо для протекания процессов дыхания и фотосинтеза, а также для функционирования многих ферментов.

Микроэлементы содержатся в организме в концентрациях менее 0,01 %, а их суммарная концентрация в клетке не достигает и 0,1 %. К микроэлементам относятся цинк, медь, марганец, кобальт, йод, фтор и др. Цинк входит в состав молекулы гормона поджелудочной железы — инсулина, медь требуется для процессов фотосинтеза и дыхания. Кобальт является компонентом витамина В12, отсутствие которого приводит к анемии. Йод необходим для синтеза гормонов щитовидной железы, обеспечивающих нормальное протекание обмена веществ, а фтор связан с формированием эмали зубов.

Содержание химических элементов в различных клетках и организмах неодинаково, в значительной степени оно обусловлено условиями окружающей среды. Так, клетки морских водорослей содержат относительно много йода, позвоночных животных — железа, а моллюсков и ракообразных — меди.

Как недостаток, так и избыток или нарушение обмена макро- и микроэлементов приводят к развитию различных заболеваний. В частности, недостаток кальция и фосфора вызывает рахит, нехватка азота — тяжелую белковую недостаточность, дефицит железа — анемию, а отсутствие йода — нарушение образования гормонов щитовидной железы и снижение интенсивности обмена веществ. Уменьшение поступления фтора с водой и пищей в значительной степени обусловливает нарушение обновления эмали зубов и, как следствие, предрасположенность к кариесу. Свинец токсичен почти для всех организмов. Его избыток вызывает необратимые повреждения головного мозга и центральной нервной системы, что проявляется потерей зрения и слуха, бессонницей, почечной недостаточностью, судорогами, а также может привести к параличу и такому заболеванию, как рак. Острое отравление свинцом сопровождается внезапными галлюцинациями и заканчивается комой и смертью.

Недостаток макро- и микроэлементов можно компенсировать путем увеличения их содержания в пище и питьевой воде, а также за счет приема лекарственных препаратов. Так, йод содержится в морепродуктах и йодированной соли, кальций — в яичной скорлупе и т. п.

Растения относятся к эукариотическим организмам, следовательно, их клетки обязательно содержат ядро хотя бы на одном из этапов развития. Также в цитоплазме растительных клеток имеются разнообразные органоиды, однако их отличительным свойством является наличие пластид, в частности хлоропластов, а также крупных вакуолей, наполненных клеточным соком. Основное запасающее вещество растений — крахмал — откладывается в виде зерен в цитоплазме, особенно в запасающих органах. Еще одним существенным признаком растительных клеток является наличие целлюлозных клеточных оболочек. Следует отметить, что у растений клетками принято называть и образования, живое содержимое которых отмерло, а клеточные стенки остались. Нередко эти клеточные стенки пропитываются лигнином в процессе одревеснения, или суберином при опробковении.

В отличие от животных, у растений клетки склеены углеводной срединной пластинкой, между ними также могут быть межклетники, заполненные воздухом. В течение жизни ткани могут изменять свои функции, например, клетки ксилемы вначале выполняют проводящую функцию, а затем — опорную. У растений насчитывают до 20–30 типов тканей, объединяющих около 80 видов клеток. Ткани растений делят на образовательные и постоянные.

Образовательные, или меристематические, ткани принимают участие в процессах роста растения. Они расположены на верхушках побегов и корней, в основаниях междоузлий, образуют слой камбия между лубом и древесиной в стебле, а также подстилают пробку в одревесневших побегах. Постоянное деление этих клеток поддерживает процесс неограниченного роста растений: образовательные ткани верхушек побега и корня, а у некоторых растений — и междоузлий обеспечивают рост растений в длину, а камбий — в толщину. При повреждении растения из клеток, оказавшихся на поверхности, формируются раневые образовательные ткани, которые заполняют возникшие промежутки.

Постоянные ткани растений специализируются на выполнении определенных функций, что отражается на их строении. Они неспособны к делению, однако при определенных условиях могут вновь приобретать эту способность (за исключением мертвых тканей). К постоянным тканям относятся покровные, механические, проводящие и основные.

Покровные ткани растений защищают их от испарения, механических и термических повреждений, проникновения микроорганизмов, обеспечивают обмен веществ с окружающей средой. К покровным тканям относятся кожица и пробка.

Кожица, или эпидерма, — это однослойная ткань, лишенная хлоропластов. Кожица покрывает листья, молодые побеги, цветки и плоды. Она пронизана устьицами и может нести различные волоски и железки. Сверху кожица покрыта кутикулой из жироподобных веществ, которая защищает растения от избыточного испарения. Для этого же предназначены и некоторые волоски на ее поверхности, тогда как железки и железистые волоски могут выделять различные секреты, в том числе воду, соли, нектар и др.

Устьица — это специальные образования, через которые происходит испарение воды —транспирация. В устьицах замыкающие клетки окружают устьичную щель, под ними располагается свободное пространство. Замыкающие клетки устьиц чаще всего имеют бобовидную форму, в них встречаются хлоропласты и зерна крахмала. Внутренние стенки замыкающих клеток устьиц утолщены. Если замыкающие клетки насыщены водой, то внутренние стенки растягиваются и устьице открывается. Насыщение водой замыкающих клеток связано с активным транспортом в них ионов калия и других осмотически активных веществ, а также накоплением растворимых углеводов в процессе фотосинтеза. Через устьица происходит не только испарение воды, но и газообмен в целом — поступление и удаление кислорода и углекислого газа, которые проникают далее по межклетникам и потребляются клетками в процессе фотосинтеза, дыхания и т. д.

Клетки пробки, которая в основном покрывает одревесневшие побеги, пропитываются жироподобным веществом суберином, что, с одной стороны, вызывает гибель клеток, а с другой — пред отвращает испарение с поверхности растения, обеспечивая тем самым термическую и механическую защиту. В пробке, как и в кожице, имеются специальные образования для проветривания — чечевички. Клетки пробки образуются в результате деления пробкового камбия, подстилающего ее.

Механические ткани растений выполняют опорную и защитную функции. К ним относят колленхиму и склеренхиму. Колленхима — это живая механическая ткань, имеющая удлиненные клетки с утолщенными целлюлозными стенками. Она характерна для молодых, растущих органов растений — стеблей, листьев, плодов и т. д. Склеренхима — это мертвая механическая ткань, живое содержимое клеток которой отмирает вследствие одревеснения клеточных стенок. По сути дела, от клеток склеренхимы остаются только утолщенные и одревесневшие клеточные стенки, что как нельзя лучше способствует выполнению ими соответствующих функций. Клетки механической ткани чаще всего вытянуты в длину и называются волокнами. Они сопровождают клетки проводящей ткани в составе луба и древесины. Одиночные или собранные в группыкаменистые клетки склеренхимы округлой или звездчатой формы обнаруживаются в незрелых плодах груши, боярышника и рябины, в листьях кувшинки и чая.

По проводящей ткани осуществляется транспорт веществ по телу растения. Существует два вида проводящей ткани: ксилема и флоэма. В состав ксилемы, или древесины, входят проводящие элементы, механические волокна и клетки основной ткани. Живое содержимое клеток проводящих элементов ксилемы — сосудов и трахеид — рано отмирает, от них остаются только одревесневшие клеточные стенки, как и в склеренхиме. Функцией ксилемы является восходящий транспорт воды и растворенных в ней минеральных солей от корня к побегу. Флоэма, или луб, также является сложной тканью, поскольку образована проводящими элементами, механическими волокнами и клетками основной ткани. Клетки проводящих элементов — ситовидных трубок — живые, однако в них исчезают ядра, а цитоплазма смешивается с клеточным соком для облегчения транспорта веществ. Клетки располагаются одна над другой, клеточные стенки между ними имеют многочисленные отверстия, что делает их похожими на сито, из-за чего клетки называют ситовидными. По флоэме транспортируются вода и растворенные в ней органические вещества из надземной части растения в корень и другие органы растения. Загрузку и разгрузку ситовидных трубок обеспечивают прилегающие к ним клетки-спутницы. Основная ткань не только заполняет промежутки между другими тканями, но и выполняет питательную, выделительную и другие функции. Питательную функцию выполняют фотосинтезирующие и запасающие клетки. Большей частью это паренхимные клетки, т. е. они имеют почти одинаковые линейные размеры: длину, ширину и высоту. Основные ткани расположены в листьях, молодых стеблях, плодах, семенах и других запасающих органах. Некоторые виды основной ткани способны выполнять всасывающую функцию, как, например, клетки волосконосного слоя корня. Выделение осуществляют разнообразные волоски, железки, нектарники, смоляные ходы и вместилища. Особое место среди основных тканей принадлежит млечникам, в клеточном соке которых накапливаются каучук, гутта и др. вещества. У водных растений возможно разрастание межклетников основной ткани, вследствие чего образуются крупные полости, с помощью которых осуществляется проветривание.

Вегетативные и генеративные органы

В отличие от животных, тело растений расчленено на небольшое количество органов. Они делятся на вегетативные и генеративные. Вегетативные органы поддерживают жизнедеятельность организма, но не участвуют в процессе полового размножения, тогда как генеративные органы выполняют именно эту функцию. К вегетативным органам относят корень и побег, а к генеративным (у цветковых) — цветок, семя и плод.

Корень — это подземный вегетативный орган, выполняющий функции почвенного питания, закрепления растения в почве, транспорта и запасания веществ, а также вегетативного размножения.

Морфология корня. Корень имеет четыре зоны: роста, всасывания, проведения и корневой чехлик. Корневой чехлик защищает клетки зоны роста от повреждения и облегчает продвижение корня среди твердых частиц почвы. Он представлен крупными клетками, способными со временем ослизняться и отмирать, что облегчает рост корня.

Зона роста состоит из клеток, способных к делению. Часть из них после деления увеличивается в размерах в результате растяжения и начинает выполнять присущие им функции. Иногда зону роста подразделяют на две зоны: деления и растяжения.

В зоне всасывания расположены клетки корневых волосков, выполняющие функцию всасывания воды и минеральных веществ. Клетки корневых волосков живут недолго, слущиваясь через 7–10 дней после образования.

В зоне проведения, или боковых корней, вещества транспортируются из корня в побег, а также происходит ветвление корня, т. е. образование боковых корней, что способствует заякориванию растения. Кроме того, в данной зоне возможно запасание веществ и закладывание почек, с помощью которых может происходить вегетативное размно

Источник