Читать книгу Биология. Общая биология. Базовый уровень. Учебник для 10–11 класс В. И. Сивоглазова : онлайн чтение
В. И. Сивоглазов, И. Б. Агафонова, Е. Т. Захарова
Биология. Общая биология. Базовый уровень. 10–11 класс
Как работать с учебником
Уважаемые старшеклассники!
Вы уже знакомы со многими закономерностями общей биологии. Данный учебник не является повторением известного вам материала. Опираясь на ваши знания, мы рассказываем вам новое, одновременно повторяя и углубляя известное ранее.
Весь материал курса разделен на пять глав. Первая глава – вводная. Она посвящена изучению и повторению сущности и свойств живого, уровней организации и методов познания живой природы. Следующие четыре главы соответствуют уровням организации живой материи: клетка, организм, вид и экосистема. Мысленно переходя с уровня на уровень, вы познаете процессы и явления, происходящие на них.
Приступая к изучению нового материала, просмотрите соответствующий параграф учебника. Обратите внимание на его структуру, изучите подзаголовки. Это напомнит вам о том, что вы слышали на уроке. Прочитайте параграф. Пусть вас не пугает его объем. Материал учебника насыщен разнообразными примерами, историческими справками, сообщениями о новых открытиях. Можно было написать коротко и сухо, выжать одни определения и термины. Но было бы интересно это читать?
Красочные рисунки, слайды, электронные фотографии помогут вам разобраться в новом материале. Понятия и законы, на которые необходимо обратить особое внимание, выделены в тексте курсивом. Прочитайте дополнительный материал, помещенный в рамке. В конце параграфа вы найдете вопросы и задания, которые помогут вам повторить изученный материал. В конце каждой главы приведены вопросы для обсуждения. Используйте их для углубления собственных знаний.
Введение
Биология – наука о жизни. Ее название произошло от двух греческих слов: bios (жизнь) и logos (наука, слово). Слово о жизни… Какая наука имеет более глобальное название?.. Изучая биологию, человек познает самого себя как индивидуума и как члена определенной популяции, как представителя вида Homo sapiens и как типичного млекопитающего, он может ощутить себя элементом определенной экосистемы и неотъемлемой частью биосферы. Задумавшись о строении своего тела, о тех принципах и свойствах, которые лежат в основе функционирования каждой клетки, каждого органа, человек все равно не перестанет ощущать себя индивидуумом: свойство целого не есть простая сумма свойств его частей.
Любого из нас на протяжении всей нашей жизни окружает жизнь в самых различных ее проявлениях. И право на жизнь, которое мы получили, столь же незыблемо, как и право на жизнь любого другого живого существа. Все мы, живущие вместе на одной планете Земля, – члены одной большой команды – биосферы. И у каждого из нас своя роль, своя задача и своя судьба, которую мы во многом определяем сами и которая зависит от всех нас. Мы в ответе за нашу Землю, мы в ответе за жизнь нашей Земли. И для того чтобы сохранять и приумножать жизнь, мы должны быть мудрыми, должны знать основные принципы, законы и свойства, которые обеспечивают существование этой жизни и которые определяют саму жизнь.
Наука о жизни должна стать неотъемлемой частью мировоззрения каждого современного человека, независимо от его специальности. Основные биологические теории и гипотезы, формирующие естественнонаучную систему мира, являются обязательным элементом интеллектуального багажа наших современников. Только на основе биологических знаний возможно решение глобальных задач человечества.
Быстрый рост населения нашей планеты и связанное с ним увеличение потребности в продуктах питания требуют интенсификации сельского хозяйства. Продуманное рациональное природопользование, организация правильных севооборотов, создание новых высокопродуктивных форм микроорганизмов, растений и животных, биологические способы борьбы с вредителями – все это должно решить одну из основных проблем современности – проблему дефицита пищевых ресурсов.
Незнание или игнорирование законов биологии приводит к тяжелым последствиям. Глобальное загрязнение биосферы нарушает сложившееся в природе равновесие и грозит гибелью многим организмам. Здоровье человечества находится в прямой зависимости от здоровья биосферы, поэтому экологическое мышление должно стать нормой жизни современного общества.
Все больше в современном промышленном производстве используют живые организмы, биологические системы и биологические процессы. Развивается микробиологический синтез ферментов, витаминов, антибиотиков. С помощью методов генной и клеточной инженерии получают многие биологически активные вещества. Методы генотерапии и клеточные технологии, в том числе и использование стволовых клеток, позволяют разрабатывать способы лечения и коррекции состояния больных с наследственными заболеваниями.
Создание современных биотехнологий, решение экологических задач, проблемы здоровья человека и увеличения продолжительности жизни – все это, так или иначе, касается каждого жителя Земли.
В настоящее время высокий уровень развития делает биологию реальной производительной силой, а по уровню биологических теоретических и прикладных исследований можно судить о материально-техническом развитии общества.
Вы приступаете к изучению биологии в старшей школе, уже имея большой запас знаний. Химия и физика, география и анатомия, история и ботаника – нельзя отделить эти науки друг от друга. Они связаны между собой тысячами общих судеб, методов, открытий. Как рассказать о селекции, не вспомнив путешествия Н. И. Вавилова и географию материков? Можно ли объяснить строение и функции нуклеиновых кислот, не используя знания химии? Распределение биомассы в биосфере станет еще более понятным, если мы обратимся к законам физики. Вспоминая работы Аристотеля, Геродота, Галена, мы погружаемся в историю.
Биология, как и любая другая наука, опирается на знания всего человечества. Ваши знания, ваша жизнь, так или иначе, прямо или косвенно будут связаны с этой удивительной наукой.
Мы желаем вам успеха в изучении биологии. И если в процессе учебы вы почувствуете, что эта книга не об абстрактных понятиях и законах, а о вас, о вашей жизни и о вашем будущем, значит, мы не зря написали этот учебник.
Глава 1. Биология как наука. Методы научного познания
Темы
• Краткая история развития биологии. Система биологических наук
• Сущность и свойства живого. Уровни организации и методы познания живой природы
1.1. Краткая история развития биологии
Вспомните!
Какие достижения современной биологии вам известны?
Каких ученых-биологов вы знаете?
Современная биология уходит корнями в глубокую древность, мы находим ее истоки в цивилизациях прошлых тысячелетий: в Древнем Египте, Древней Греции.
Первым ученым, создавшим научную медицинскую школу, был древнегреческий врач Гиппократ (ок. 460 – ок. 370 до н. э.). Он считал, что у каждой болезни есть естественные причины, и их можно узнать, изучая строение и жизнедеятельность человеческого организма. С древних времен и по сей день врачи торжественно произносят «клятву Гиппократа», обещая хранить врачебную тайну и ни при каких обстоятельствах не оставлять больного без медицинской помощи.
Великий энциклопедист древности Аристотель (384–322 до н. э.) стал одним из основателей биологии как науки, впервые обобщив биологические знания, накопленные до него человечеством. Он разработал систематику животных, определив в ней место и человеку, которого он называл «общественным животным, наделенным разумом». Многие труды Аристотеля были посвящены происхождению жизни.
Древнеримский ученый и врач Клавдий Гален (ок. 130 – ок. 200), изучая строение млекопитающих, заложил основы анатомии человека. В течение следующих пятнадцати веков его труды были основным источником знаний по анатомии.
В Средние века в Европе воцарился период застоя во всех областях знаний. В это время традиции античных авторов нашли свое продолжение в странах Передней и Средней Азии, где жили и творили такие выдающиеся ученые, как Абу Али Ибн Сина (Авиценна) (XI в.) и Абу Рейхан Мухаммед Ибн Ахмет аль-Бируни (973–1048). От того времени в современной анатомической номенклатуре сохранилось множество арабских терминов.
Наступление эпохи Возрождения ознаменовало начало нового периода в развитии биологии.
Резко возрос интерес к биологии в эпоху Великих географических открытий (XV в.). Открытие новых земель, налаживание торговых отношений между государствами расширяли сведения о животных и растениях. Ботаники и зоологи описывали множество новых, неизвестных ранее видов организмов, принадлежащих к различным царствам живой природы.
Один из самых замечательных людей этой эпохи Леонардо да Винчи (1452–1519) описал многие растения, изучал строение человеческого тела, деятельность сердца и зрительную функцию.
После того как был снят церковный запрет на вскрытие человеческого тела, блестящих успехов достигла анатомия человека, что получило отражение в классическом труде Андреаса Везалия (1514–1564) «О строении человеческого тела». Величайшее научное достижение – открытие кровообращения – совершил в XVII в. английский врач и биолог Уильям Гарвей (1578–1657).
Новую эру в развитии биологии ознаменовало изобретение в конце XVI в. микроскопа. Уже в середине XVII в. была открыта клетка, а позднее обнаружен мир микроскопических существ – простейших и бактерий, изучено развитие насекомых и принципиальное строение сперматозоидов.
В XVIII в. шведский натуралист Карл Линней (1707–1778) предложил систему классификации живой природы и ввел бинарную (двойную) номенклатуру для наименования видов.
Карл Эрнст Бэр (Карл Максимович Бэр) (1792–1876), профессор Петербургской медико-хирургической академии, изучая внутриутробное развитие, установил, что зародыши всех животных на ранних этапах развития схожи, сформулировал закон зародышевого сходства и вошел в историю науки как основатель эмбриологии.
Первым биологом, который попытался создать стройную и целостную теорию эволюции живого мира, стал французский ученый Жан Батист Ламарк (1774–1829). Палеонтологию, науку об ископаемых животных и растениях, создал французский зоолог Жорж: Кювье (1769–1832).
Огромную роль в понимании единства органического мира сыграла клеточная теория зоолога Теодора Шванна (1818–1882) и ботаника Матиаса Якоба Шлейдена (1804–1881).
Крупнейшим достижением XIX в. стало эволюционное учение Чарлза Дарвина (1809–1882), которое имело определяющее значение в формировании современной естественнонаучной картины мира.
Основоположником генетики, науки о наследственности и изменчивости, стал Грегор Иоганн Мендель (1822–1884), работы которого настолько опередили свое время, что были не поняты современниками и открыты заново спустя 35 лет.
Одним из основателей современной микробиологии стал немецкий ученый Роберт Кох (1843–1910), а труды Луи Пастера (1822–1895) и Ильи Ильича Мечникова (1845–1916) определили появление иммунологии.
Развитие физиологии связано с именами великих российских ученых Ивана Михайловича Сеченова (1829–1905), заложившего основы изучения высшей нервной деятельности, и Ивана Петровича Павлова (1849–1936), создавшего учение об условных рефлексах.
XX в. ознаменовался бурным развитием биологии. Мутационная теория Гуго де Фриза (1848–1935), хромосомная теория наследственности Томаса Ханта Моргана (1866–1943), учение о факторах эволюции Ивана Ивановича Шмальгаузена (1884–1963), учение о биосфере Владимира Ивановича Вернадского (1863–1945), открытие антибиотиков Александером Флемингом (1881–1955), установление структуры ДНК Джеймсом Уотсоном (род. 1928) и Френсисом Криком (1916–2004) – невозможно перечислить всех тех, кто своим самоотверженным трудом создавал современную биологию, которая в настоящее время является одной из наиболее бурно развивающихся областей человеческого знания.
Система биологических наук. Современная биология – это совокупность естественных наук, изучающих жизнь как особую форму существования материи. Одними из первых в биологии сложились комплексные науки: зоология, ботаника, анатомия и физиология. Позднее внутри них сформировались более узкие дисциплины, например внутри зоологии появилась ихтиология (наука о рыбах), энтомология (о насекомых), арахнология (о пауках) и т. д. Многообразие организмов изучает систематика, историю живого мира – палеонтология. Различные свойства живого являются предметом исследования таких наук, как генетика (закономерности изменчивости и наследственности), этология (поведение), эмбриология (индивидуальное развитие), эволюционное учение (историческое развитие).
В середине XX в. в биологию начали активно проникать методы и идеи других естественных наук. На границах смежных дисциплин возникали новые биологические направления: биохимия, биофизика, биогеография, молекулярная биология, космическая биология и многие другие. Широкое внедрение математики в биологию вызвало рождение биометрии. Успехи экологии, а также все более актуальные проблемы охраны природы способствовали развитию экологического подхода в большинстве отраслей биологии.
На рубеже XX и XXI вв. с огромной скоростью начала развиваться биотехнология – направление, которому несомненно принадлежит будущее. Последние достижения в этой области открывают широкие перспективы для создания биологически активных веществ и новых лекарственных препаратов, для лечения наследственных заболеваний и осуществления селекции на клеточном уровне.
В настоящее время биология стала реальной производительной силой, по развитию которой можно судить об общем уровне развития человеческого общества.
Вопросы для повторения и задания
1. Расскажите о вкладе в развитие биологии древнегреческих и древнеримских философов и врачей.
2. Охарактеризуйте особенности воззрений на живую природу в Средние века, эпоху Возрождения.
3. Какое изобретение XVII в. дало возможность открыть и описать клетку?
4. Каково значение для биологической науки работ Л. Пастера и И. И. Мечникова?
5. Перечислите основные открытия, сделанные в биологии в XX в.
6. Назовите известные вам естественные науки, составляющие биологию. Какие из них возникли в конце XX в.?
1.2. Сущность жизни и свойства живого
Вспомните!
Каково происхождение названия науки биологии?
Что вам известно о свойствах и сущности жизни?
Сущность жизни. Что такое жизнь, основной объект изучения биологии? Где та грань, которая отделяет живое от неживого, распределяет по разным категориям гору и растущее на ней дерево, реку и живущую в ней рыбу? Жизнь как явление природы – величайшая загадка, которую человечество пытается решить уже многие тысячи лет.
В IV в. до н. э. великий греческий ученый Аристотель предположил, что живое становится живым благодаря специальной силе, которая заставляет семя прорастать, рыбу плыть, птицу откладывать яйца. Спустя два с лишним тысячелетия в начале XIX в. немецкий естествоиспытатель Готфрид Рейнхольд Тревиранус ввел понятие «vis vitalis» – жизненная сила. Этот термин дал название философскому направлению – витализму.
С развитием органической химии многие ученые пытались объяснить отличия живого от неживого с помощью химических формул. Именно к этому периоду относится классическое определение Фридриха Энгельса: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка».
На протяжении XX в. делалось много попыток дать максимально полное и корректное определение сущности жизни:
– совокупность специфических физико-химических процессов;
– особая форма существования материи;
– активное, идущее с затратой полученной извне энергии поддержание и воспроизведение специфической структуры;
– процесс обмена веществ;
– самовоспроизводящийся процесс, который прекращается с разрушением определенной структуры организации.
Существование этих и многих других определений демонстрирует, как сложно дать однозначное определение жизни.
Российский академик Владимир Александрович Энгельгард считал, что «именно в способности живого создавать порядок из теплового движения молекул состоит наиболее глубокое, коренное отличие живого от неживого». В неживой природе энергия рассеивается, что приводит к снижению упорядоченности, т. е. к возрастанию энтропии.
В самом общем смысле жизнь можно определить как активное, идущее с затратой полученной извне энергии поддержание и самовоспроизведение специфической структуры, обязательными компонентами которой являются белки и нуклеиновые кислоты.
Свойства живого. Не придя к единому универсальному определению, ученые договорились характеризовать жизнь целым комплексом свойств и признаков, совокупность которых позволяет определить ту самую границу, которая отделяет живое от неживого.
Рассмотрим основные свойства живой материи.
Единство элементного химического состава. В состав живого входят те же элементы, что и в состав неживой природы, но в других количественных соотношениях; при этом примерно 98 % приходится на углерод, водород, кислород и азот.
Единство биохимического состава. Все живые организмы состоят в основном из белков, липидов, углеводов и нуклеиновых кислот.
Единство структурной организации. Единицей строения, жизнедеятельности, размножения, индивидуального развития является клетка; вне клетки жизни нет.
Дискретность и целостность. Любая биологическая система состоит из отдельных взаимодействующих частей (молекулы, органоиды, клетки, ткани, организмы, виды и т. д.), которые вместе образуют структурно-функциональное единство.
Обмен веществ и энергии (метаболизм). Обмен веществ состоит из двух взаимосвязанных процессов: ассимиляции (пластического обмена) – синтеза органических веществ в организме (за счет внешних источников энергии – света, пищи) и диссимиляции (энергетического обмена) – процесса распада сложных органических веществ с выделением энергии, которая затем расходуется организмом.
Саморегуляция. Любые живые организмы обитают в постоянно изменяющихся условиях окружающей среды. Благодаря способности к саморегуляции в процессе метаболизма сохраняются относительное постоянство химического состава и интенсивность течения физиологических процессов, т. е. поддерживается гомеостаз.
Открытость. Все живые системы являются открытыми, потому что в процессе их жизнедеятельности между ними и окружающей средой происходит постоянный обмен веществом и энергией (рис. 1).
Размножение. Размножение – это способность организмов воспроизводить себе подобных. В основе воспроизведения лежат реакции матричного синтеза, т. е. образование новых молекул и структур на основе информации, заложенной в последовательности нуклеотидов ДНК. Это свойство обеспечивает непрерывность жизни и преемственность поколений.
Наследственность и изменчивость. Наследственность – способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Основой наследственности является относительное постоянство строения молекул ДНК.
Рис. 1. Закрытая (А) и открытая (Б) системы
Изменчивость – свойство, противоположное наследственности; способность живых организмов существовать в различных формах, т. е. приобретать новые признаки, отличные от качеств других особей того же вида. Изменчивость, обусловленная изменениями наследственных задатков – генов, создает разнообразный материал для естественного отбора, т. е. отбора особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования в природе. Это приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.
Рост и развитие. Индивидуальное развитие, или онтогенез, – развитие живого организма от зарождения до момента смерти. В процессе онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организма. В основе этого лежит поэтапная реализация наследственных программ. Индивидуальное развитие обычно сопровождается ростом.
Историческое развитие, или филогенез, – необратимое направленное развитие живой природы, сопровождающееся образованием новых видов и прогрессивным усложнением жизни.
Раздражимость и движение. Раздражимость – это способность организма избирательно реагировать на внешние и внутренние воздействия, т. е. воспринимать раздражение и отвечать определенным образом. Ответная реакция организма на раздражение, осуществляемая при участии нервной системы, называется рефлексом.
Организмы, у которых отсутствует нервная система, отвечают на воздействие изменением характера движения или роста, например листья растений поворачиваются к свету.
Ритмичность. Суточные и сезонные ритмы направлены на приспособление организмов к меняющимся условиям существования. Наиболее известным ритмическим процессом в природе является чередование периодов сна и бодрствования.
Некоторые отдельные свойства, рассмотренные нами, могут встречаться и в неживой природе – сталактиты растут, вода в реке движется, чередуются приливы и отливы. Но в совокупности все перечисленные свойства характерны только для живых организмов.
Вопросы для повторения и задания
1. Что такое жизнь? Попытайтесь дать свое определение.
2. Перечислите основные свойства живой материи.
3. Объясните, в чем, по вашему мнению, заключаются принципиальные различия обмена веществами в неживой природе и у живых организмов.
4. Каким образом связаны наследственность, изменчивость и репродукция в обеспечении жизни на Земле?
5. Дайте определение понятия «развитие». Какие формы развития вы знаете?
6. Что такое раздражимость? Каково значение избирательной реакции организмов для их приспособления к условиям существования?
7. В чем значение ритмичности процессов жизнедеятельности?
iknigi.net
Читать книгу Биология. Общая биология. Профильный уровень. 11 класс Н. И. Сонина : онлайн чтение
В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин, Е. Т. Захарова
Биология. Общая биология. Профильный уровень. 11 класс
Предисловие
Дорогие друзья!
Мы продолжаем изучение основ общебиологических знаний, начатое нами в 10 классе. Объектами нашего внимания будут этапы исторического развития живой природы – эволюция жизни на Земле и становление и развитие экологических систем. Для изучения этих важнейших вопросов вам в полном объеме понадобятся знания, приобретенные в прошлом году, так как в основе процессов развития лежат закономерности наследственности и изменчивости. Особое внимание в учебнике уделяется анализу взаимоотношений между организмами и условиями устойчивости экологических систем. Учебный материал ряда разделов значительно расширен за счет изложения общебиологических закономерностей как наиболее трудных для понимания. В других разделах приведены только основные сведения и понятия.
Очень широк круг вопросов, с которыми вы познакомитесь в 11 классе, однако не все из них в учебнике подробно освещены. Для более подробного знакомства с теми или иными вопросами биологии в конце учебника дан список дополнительной литературы. Кроме того, не все закономерности известны или до конца изучены, ведь сложность и многообразие жизни столь велики, что одни ее явления мы только начинаем понимать, а другие еще ждут изучения.
Учебный материал в книге структурирован так же, как и в учебнике «Общая биология. 10 класс» (В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин).
Авторы выражают благодарность М. Т. Григорьевой за подготовку текста на английском языке, а также Ю. П. Дашкевичу, профессору Н. М. Черновой и доктору медицинских наук А. Г. Мустафину за ценные замечания, сделанные ими при подготовке девятого издания учебника.
Академик РАЕН, профессор В. Б. Захаров
Раздел 1. Учение об эволюции органического мира
Мир живых организмов обладает рядом общих черт, которые всегда вызывали у человека чувство изумления. Во-первых, это необычайная сложность строения организмов; во-вторых – очевидная целенаправленность, или приспособительный характер, многих признаков; а также огромное разнообразие жизненных форм.
Вопросы, порождаемые этими явлениями, совершенно очевидны. Каким образом возникли сложные организмы? Под действием каких сил сформировались их приспособительные признаки? Каково происхождение разнообразия органического мира и как оно поддерживается? Какое место в органическом мире занимает человек и кто его предки? Во все века человечество пыталось найти ответы на приведенные здесь и многие другие подобные вопросы. В донаучных обществах объяснения выливались в легенды и мифы, некоторые из них послужили основой различных религиозных учений. Научная трактовка воплощена в теории эволюции, которой и посвящен настоящий раздел.
Под эволюцией живого мира понимают закономерный процесс исторического развития живой природы с момента самого возникновения жизни на нашей планете до современности. Сущность этого процесса состоит как в непрерывном приспособлении живого к постоянно меняющимся условиям окружающей среды, так и в появлении все более сложно устроенных форм живых организмов. В ходе биологической эволюции осуществляется преобразование видов, на этой основе возникают новые виды; постоянно происходит также и исчезновение видов – их вымирание.
Глава 1. Закономерности развития живой природы. Эволюционное учение
Все есть и не есть, потому что хотя и настанет момент, когда оно есть, но оно тут оке перестает быть… Одно и то же и молодо и старо, и мертво и живо, то изменяется в это, это, изменяясь, снова становится тем.
Гераклит
Основной труд Ч. Дарвина «Происхождение видов», в корне изменивший представление о живой природе, появился в 1859 г. Этому событию предшествовала более чем двадцатилетняя работа по изучению и осмыслению богатого фактического материала, собранного как самим Дарвином, так и другими учеными.
В этой главе вы познакомитесь с основными предпосылками эволюционных представлений, первой эволюционной теорией Ж.-Б. Ламарка; узнаете о теории Ч. Дарвина об искусственном и естественном отборе; о современных представлениях о механизмах и скорости видообразования.
В настоящее время описано более 600 тыс. растений и не менее 2,5 млн видов животных, около 100 тыс. видов грибов и более 8 тыс. прокариот, а также до 800 видов вирусов. Исходя из соотношения описанных и не определенных пока современных видов живых организмов, ученые делают предположение о том, что современная фауна и флора представлена около 4,5 млн видов организмов. Кроме того, используя палеонтологические и некоторые другие данные, исследователи подсчитали, что за всю историю Земли на ней обитало не меньше 1 миллиарда видов живых организмов.
Рассмотрим, как в различные периоды истории человечества люди представляли себе сущность жизни, многообразие живого и возникновение новых форм организмов.
1.1. История представлений о развитии жизни на Земле
Первая попытка систематизировать и обобщить накопленные знания о растениях и животных и их жизнедеятельности была осуществлена Аристотелем (IV в. до н. э.), но еще задолго до него в литературных памятниках различных народов древности излагалось много интересных сведений об организации живой природы, главным образом связанных с агрономией, животноводством и медициной. Сами же биологические знания уходят корнями в глубокую древность и базируются на непосредственной практической деятельности людей. По наскальным рисункам кроманьонского человека (13 тыс. лет до н. э.) можно установить, что уже в то время люди хорошо различали большое число животных, служивших объектом их охоты.
1.1.1. Античные и средневековые представления о сущности и развитии жизни
В Древней Греции в VIII–VI вв. до н. э. в недрах целостной философии природы возникли первые зачатки античной науки. Основоположники греческой философии Фалес, Анаксимандр, Анаксимен и Гераклит искали материальное первоначало, из которого в силу естественного саморазвития возник мир. Для Фалеса этим первоначалом была вода. Живые существа, согласно учению Анаксимандра, образуются из неопределенной материи – «апейрона» по тем же законам, что и объекты неживой природы. Ионийский философ Анаксимен считал материальным первоначалом мира воздух, из которого все возникает и в который все возвращается обратно. Душу человека он также отождествлял с воздухом.
Величайшим из древнегреческих философов был Гераклит из Эфеса. Его учение не содержало специальных положений о живой природе, однако оно имело огромное значение как для развития всего естествознания, так и для становления представлений о живой материи. Гераклит впервые ввел в философию и науку о природе четкое представление о постоянном изменении. Первоначалом мира ученый считал огонь; он учил, что всякое изменение есть результат борьбы: «Все возникает через борьбу и по необходимости».
Большое влияние на развитие представлений о живой природе оказали исследования и умозрительные концепции других ученых античности: Пифагора, Эмпедокла, Демокрита, Гиппократа и многих других (см. главу 2 учебника «Общая биология. 10 класс»).
В древнем мире были собраны многочисленные для того времени сведения о живой природе. Систематическим изучением животных занимался Аристотель, описавший более 500 видов животных и расположивший их в определенном порядке: от просто устроенных ко все более сложным. Намеченная Аристотелем последовательность тел природы начинается с неорганических тел и через растения идет к прикрепленным животным – губкам и асцидиям, а затем к подвижным морским организмам. Аристотель и его ученики изучали также строение растений.
Во всех телах природы Аристотель различал две стороны: материю, обладающую различными возможностями, и форму – душу, под влиянием которой реализуется данная возможность материи. Он различал три вида души: растительную, или питающую, присущую растениям и животным; чувствующую, свойственную животным, и разум, которым, помимо двух первых, наделен только человек.
На протяжении всего средневековья труды Аристотеля были основой представлений о живой природе.
С установлением христианской церкви в Европе распространяется официальная точка зрения, основанная на библейских текстах: все живое создано Богом и остается неизменным. Такое направление в развитии биологии средневековья называют креационизмом (от лат. creatio – создание, творение). Характерной чертой этого периода является описание существующих видов растений и животных, попытки их классификации, которые в большинстве своем носили чисто формальный (по алфавиту) или прикладной характер. Было создано множество систем классификаций животных и растений, в которых за основу произвольно принимались отдельные признаки.
Интерес к биологии возрос в эпоху Великих географических открытий (XV в.) и развития товарного производства. Интенсивная торговля и открытие новых земель расширяли сведения о животных и растениях. Из Индии и Америки в Европу завезли новые растения – корицу, гвоздику, картофель, кукурузу, табак. Ботаники и зоологи описывали множество новых невиданных ранее растений и животных. В практических целях они указывали, какими полезными или вредными свойствами обладают эти организмы.
1.1.2. Система органической природы К. Линнея
Потребность в упорядочении быстро накапливающихся знаний привела к необходимости систематизировать их. Создаются практические системы, в которых растения и животные объединяют в группы в зависимости от их пользы для человека или приносимого ими вреда. Например, выделяли лекарственные растения, садовые или огородные культуры. Понятия «домашний скот» или «ядовитые животные» служили для обозначения самых разных по своему строению и происхождению животных. Вследствие удобства практическая классификация видов применяется до сих пор.
Однако ученых классификация живых организмов по признаку полезности удовлетворить не могла. Они искали такие свойства, которые позволили бы объединять растения и животных в группы по сходству в строении и жизнедеятельности. Первоначально в основу систематики брали один или небольшое число произвольно выбранных признаков. Понятно, что при этом в одну и ту же группу попадали совершенно неродственные организмы.
На протяжении XVI–XVII вв. продолжалась работа по описанию животных и растений, их систематизации. Большой вклад в создание системы природы внес выдающийся шведский естествоиспытатель Карл Линней. Ученый описал более 8000 видов растений и свыше 4000 видов животных, установил единообразную терминологию и порядок описания видов. Он объединил сходные виды в роды, сходные роды – в отряды, а отряды – в классы. Таким образом, в основу своей классификации он положил принцип иерархичности (т. е. соподчиненности) таксонов (от греч. taxis – расположение, порядок; это систематическая единица того или иного ранга). В системе Линнея самым крупным таксоном был класс, самым мелким – вид, разновидность. Это был чрезвычайно важный шаг на пути к установлению естественной системы. Линней закрепил использование в науке бинарной (т. е. двойной) номенклатуры для обозначения видов. С тех пор каждый вид называется двумя словами: первое слово означает род и является общим для всех входящих в него видов, второе слово – собственно видовое название. С развитием науки в систему были введены некоторые дополнительные категории: семейство, подкласс и др., а высшим таксоном стал тип. Но принцип построения системы остался неизменным. Например, систематическое положение домашней кошки можно описать следующим образом. Кошка домашняя (ливийская) входит в род мелких кошек семейства кошачьих отряда хищных класса млекопитающих подтипа позвоночных типа хордовых. Наряду с домашней кошкой род мелких кошек включает европейскую дикую лесную кошку, амурского лесного кота, камышового кота, рысь и некоторых других.
Линней создал самую совершенную для того времени систему органического мира, включив в нее всех известных тогда животных и все известные растения. Будучи крупным ученым, он во многих случаях правильно объединил виды организмов по сходству строения. Однако произвольность в выборе признаков для классификации (у растений – строение тычинок и пестиков; у животных – строение клюва у птиц, строение зубов у млекопитающих) привела Линнея к ряду ошибок.
Линней сознавал искусственность своей системы и указывал на необходимость разработки естественной системы природы. Он писал: «Искусственная система служит только до тех пор, пока не найдена естественная».
Однако, что означало для ученого XVIII в. понятие «естественная система»? Как теперь известно, естественная система отражает происхождение животных и растений и основана на их родстве и сходстве по совокупности существенных черт строения. Во времена господства религиозных представлений ученые полагали, что виды организмов созданы независимо друг от друга Творцом и неизменны. «Видов столько, – говорил Линней, – сколько различных форм создал в начале мира Всемогущий». Поэтому поиски естественной системы природы означали для биологов попытки проникновения в план творения, которым руководствовался Бог, создавая все живое на Земле. Совершенство строения видов, взаимное соответствие внутренних органов, приспособленность к условиям существования объяснялись мудростью Творца.
Однако среди философов и естествоиспытателей XVII–XIX вв. была распространена и иная система представлений об изменяемости организмов, базировавшаяся на взглядах некоторых античных ученых. Такое направление в развитии биологии носит название трансформизма (от лат. transformo – превращаю, преобразую). Сторонниками трансформизма были такие выдающиеся ученые, как Р. Гук, Ж. Ламетри, Д. Дидро, Ж. Бюффон, Эразм Дарвин, И. В. Гете и многие другие. Трансформисты допускали возможность целесообразности реакций организмов на изменения внешних условий, но не доказывали эволюционные преобразования организмов.
Научное толкование происхождения органической целесообразности дал только Чарлз Дарвин.
1.1.3. Развитие эволюционных идей. Эволюционная теория Ж.-Б. Ламарка
Несмотря на господство взглядов о неизменности живой природы, биологи продолжали накапливать фактический материал, который противоречил этим представлениям. Открытие микроскопа в XVII в. и его применение в биологических исследованиях сильно расширили кругозор ученых. Оформилась как наука эмбриология, возникла палеонтология. Ученым, создавшим первую эволюционную теорию, был выдающийся французский естествоиспытатель Жан-Батист Ламарк.
В отличие от многих своих предшественников теория эволюции Ламарка опиралась на факты. Мысль о непостоянстве видов возникла у ученого вследствие глубокого изучения строения растений и животных. Своими трудами Ламарк внес большой вклад в биологию. Сам термин «биология» введен им. Занимаясь систематикой животных, Ламарк обратил внимание на сходство существенных черт строения у животных, не относящихся к одному виду. На основе сходства Ламарк выделил 10 классов беспозвоночных вместо двух классов у Линнея (Насекомые и Черви). Среди них такие группы, как «Ракообразные», «Паукообразные», «Насекомые», сохранились до наших дней, другие группы – «Моллюски», «Кольчатые черви» – возведены в ранг типа. Известное несовершенство систематики Ламарка объясняется уровнем науки того времени, но в ней есть главное – стремление избежать искусственности группировок. Можно сказать, что Ламарк заложил основы естественной системы классификации. Он же впервые поставил вопрос о причинах сходства и возникновения различий у животных. «Мог ли я рассматривать… ряд животных от самых совершенных из них до несовершеннейших, – писал Ламарк, – и не попытаться установить, от чего может зависеть этот столь замечательный факт? Не должен ли был я предположить, что природа последовательно создавала различные тела, восходя от простейшего к наиболее сложному?» Обратим внимание на слова «природа создавала». Впервые со времен Лукреция ученый осмеливается сказать, что не Бог создавал организмы разной степени сложности, а природа на основе естественных законов.
Ламарк приходит к идее эволюции. Величайшая его заслуга заключается в том, что эволюционная идея у него тщательно разработана, подкреплена многочисленными фактами и поэтому превращается в теорию. В основу ее положено представление о развитии, постепенном и медленном, от простого к сложному, и о роли внешней среды в преобразовании организмов.
В своем основном труде «Философия зоологии», опубликованном в 1809 г., Ламарк приводит многочисленные доказательства изменяемости видов. К числу таких доказательств Ламарк относит изменения под влиянием одомашнивания животных и окультуривания растений при переселении организмов в другие места обитания с иными условиями существования. Важную роль в возникновении новых видов Ламарк отводит постепенным переменам гидрогеологического режима на поверхности Земли и климатических условий. Таким образом, в анализ биологических явлений Ламарк включает два новых фактора – фактор времени и условия внешней среды. Это был большой шаг вперед по сравнению с механистическими представлениями сторонников неизменности видов. Однако, каковы же механизмы изменчивости организмов и образования новых видов?
Ламарк считал, что их два: во-первых, стремление организмов к совершенствованию и, во-вторых, прямое влияние внешней среды и наследование признаков, приобретенных в течение жизни организма.
Взгляды Ламарка на механизм эволюции оказались ошибочными. Пути приспособления живых организмов к окружающей среде и видообразование спустя 50 лет вскрыл Ч. Дарвин.
Огромная заслуга Ламарка заключается в том, что он создал первую теорию эволюции органического мира, ввел принцип историзма как условие понимания биологических явлений и выдвинул в качестве главной причины изменяемости видов условия внешней среды.
Теория Ламарка не получила признания современников. В его время наука не была готова к принятию идеи эволюционных преобразований; сроки, о которых говорил Ламарк, – миллионы лет – казались невообразимыми. Доказательства причин изменяемости видов не были достаточно убедительными. Отводя решающую роль в эволюции прямому влиянию внешней среды, упражнению и неупражнению органов и наследованию приобретенных признаков, Ламарк не мог объяснить возникновения приспособлений, обусловленных «мертвыми» структурами. Например, окраска скорлупы птичьих яиц носит явно приспособительный характер, но объяснить этот факт с позиций теории Ламарка невозможно. Теория Ламарка исходила из представлений о слитной наследственности, свойственной целому организму и каждой из его частей. Идея о том, что наследственность – свойство организма как целого, была возрождена в трудах Т. Д. Лысенко. Однако открытие вещества наследственности – ДНК и генетического кода устранило самый предмет спора. Ламаркизм и неоламаркизм рухнули сами собой.
Таким образом, хотя представления о неизменности видов не были поколеблены, их сторонникам становилось все труднее объяснять новые и новые факты, открываемые биологами. В первой четверти XIX в. были сделаны большие успехи в сравнительной анатомии и палеонтологии. Большие заслуги в развитии этих областей биологии принадлежат французскому ученому Ж. Кювье. Исследуя строение органов позвоночных животных, он установил, что все органы животного представляют собой части одной целостной системы. Вследствие этого строение каждого органа закономерно соотносится со строением всех других. Ни одна часть тела не может изменяться без соответствующего изменения других частей. Это означает, что каждая часть тела отражает принципы строения всего организма. Так, если у животного имеются копыта, вся его организация отражает травоядный образ жизни: зубы приспособлены к перетиранию грубой растительной пищи, челюсти имеют определенную форму, желудок многокамерный, кишечник очень длинный и т. д. Если у животного кишечник служит для переваривания мяса, соответствующее строение имеют и другие органы: острые зубы для разрывания, челюсти для захвата и удержания добычи, когти для ее схватывания, гибкий позвоночник, способствующий прыжкам, и т. д. Соответствие строения органов животных друг другу Кювье назвал принципом корреляций (соотносительности). Руководствуясь принципом корреляций, Кювье изучал кости вымерших видов и восстанавливал облик и образ жизни этих животных.
Палеонтологические данные неопровержимо свидетельствовали о смене форм животных на Земле. Факты вступали в противоречие с библейской легендой. Первоначально сторонники неизменности живой природы объясняли такое противоречие очень просто: вымерли те животные, которых Ной не взял в свой ковчег во время всемирного потопа. О подобных рассуждениях Дарвин впоследствии с иронией запишет в своем дневнике: «Теория, по которой мастодонт и пр. вымерли по той причине, что дверь в ковчег Ноя была сделана слишком узкой». Ненаучность ссылок на библейский потоп стала очевидной, когда была установлена разная степень древности вымерших животных. Тогда Кювье выдвинул теорию катастроф. Согласно этой теории причиной вымирания были периодически происходившие крупные геологические катастрофы, уничтожавшие на больших территориях животных и растительность. Потом эти территории заселялись видами, проникавшими из соседних областей. Последователи и ученики Ж. Кювье, развивая его учение, утверждали, что катастрофы охватывали весь земной шар. После каждой катастрофы следовал новый акт творения. Таких катастроф и, следовательно, актов творения они насчитывали 27.
Теория катастроф получила широкое распространение. Однако были ученые, которые сомневались в теории, которая, по словам Энгельса, «на место одного акта божественного творения… ставила целый ряд повторных актов творения и делала из чуда существенный рычаг природы». К числу таких ученых относились русские биологи К. Ф. Рулье и Н. А. Северцов. Экологические исследования К. Ф. Рулье и изучение географической изменчивости видов Н. А. Северцовым привели их к мысли о возможности родства между видами и происхождении одного вида от другого. Труды Н. А. Северцова высоко оценивал Ч. Дарвин.
Спорам приверженцев неизменности видов и стихийных эволюционистов положила конец глубоко продуманная и фундаментально обоснованная теория видообразования, созданная Ч. Дарвином.
Summary
Up to the beginning of the XIX century mostly descriptive methods were used in biology. Later prominent achievements in the field of natural history have determined the need for theories, explaining processes that take place in nature. The first such attempt was undertaken in 1809 by J.-B. Lamarck, who created the theory of evolution of living organisms. The great merit of his studies is connected with the fact, that he has suggested the historic principle as a basis for understanding of all the biological phenomenons, and considered the changes in the environment as the main reason for specific variation. However, his ideas on the process of evolution turned to be erroneous. Mechanisms of adaptations to the environment in living organisms, as well as the species formation were clarified by Charles Darwin only 50 years later.
Опорные точки
1. В античную эпоху бытовали стихийно-материалистические представления о живой природе.
2. Доминирующими в средние века были представления о создании мира Творцом и неизменности живой природы.
3. Эволюционной единицей Ламарк считал отдельный организм.
4. Всю живую природу Ламарк рассматривал как непрерывный ряд изменяющихся от простого к сложному форм – градаций.
5. Достижения в области палеонтологии внесли существенный вклад в развитие эволюционных идей.
Вопросы для повторения и задания
1. Что такое практическая система классификации живых организмов?
2. Какой вклад внес в биологию К. Линней?
3. Почему система Линнея называется искусственной?
4. Изложите основные положения эволюционной теории Ламарка.
5. Какие вопросы не получили ответа в эволюционной теории Ламарка?
6. В чем сущность принципа корреляций Ж. Кювье? Приведите примеры.
7. В чем заключаются отличия трансформизма от эволюционной теории?
Используя словарный запас рубрик «Терминология» и «Summary», переведите на английский язык пункты «Опорных точек».
Терминология
Каждому термину, указанному в левой колонке, подберите соответствующее ему определение, приведенное в правой колонке на русском и английском языках.
Select the correct definition for every term in the left column from English and Russian variants listed in the right column.
Вопросы для обсуждения
Что было известно о живой природе в древнем мире?
Чем можно объяснить господство представлений о неизменности видов в XVIII в.?
Как объяснил Кювье палеонтологические данные о смене форм животных на Земле? Изложите теорию катастроф Кювье.
Какой вклад в биологию внес Ж.-Б. Ламарк?
iknigi.net
Учебник по биологии 11 класс Захаров Мамонтов Сонин читать онлайн
Выберите нужную страницу с уроками, заданиями (задачами) и упражнениями из учебника по биологии за 11 класс — Захаров Мамонтов Сонин профильный уровень. Онлайн книгу удобно смотреть (читать) с компьютера и смартфона. Электронное учебное пособие подходит к разным годам: от 2011-2012-2013 до 2015-2016-2017 года — создано по стандартам ФГОС.
Номер № страницы:
2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20; 21; 22; 23; 24; 25; 26; 27; 28; 29; 30; 31; 32; 33; 34; 35; 36; 37; 38; 39; 40; 41; 42; 43; 44; 45; 46; 47; 48; 49; 50; 51; 52; 53; 54; 55; 56; 57; 58; 59; 60; 61; 62; 63; 64; 65; 66; 67; 68; 69; 70; 71; 72; 73; 74; 75; 76; 77; 78; 79; 80; 81; 82; 83; 84; 85; 86; 87; 88; 89; 90; 91; 92; 93; 94; 95; 96; 97; 98; 99; 100; 101; 102; 103; 104; 105; 106; 107; 108; 109; 110; 111; 112; 113; 114; 115; 116; 117; 118; 119; 120; 121; 122; 123; 124;
125; 126; 127; 128; 129; 130; 131; 132; 133; 134; 135; 136; 137; 138; 139; 140; 141; 142; 143; 144; 145; 146; 147; 148; 149; 150; 151; 152; 153; 154; 155; 156; 157; 158; 159; 160; 161; 162; 163; 164; 165; 166; 167; 168; 169; 170; 171; 172; 173; 174; 175; 176; 177; 178; 179; 180; 181; 182; 183; 184; 185; 186; 187; 188; 189; 190; 191; 192; 193; 194; 195; 196; 197; 198; 199; 200; 201; 202; 203; 204; 205; 206; 207; 208; 209; 210; 211; 212; 213; 214; 215; 216; 217; 218; 219; 220; 221; 222; 223; 224; 225; 226; 227; 228; 229; 230; 231; 232; 233; 234; 235; 236; 237; 238; 239; 240; 241; 242; 243; 244; 245; 246; 247; 248; 249; 250; 251; 252; 253; 254; 255; 256; 257; 258; 259; 260; 261; 262; 263; 264; 265; 266; 267; 268; 269; 270; 271; 272; 273; 274; 275; 276; 277; 278; 279; 280; 281; 282; 283
Чтобы читать онлайн или скачать в формате pdf, нажмите ниже.
Учебник — Нажми!
uchebnik-tetrad.com
