Учебник Биология 10 класс Захаров Агафонова профильный
Учебник Биология 10 класс Захаров Агафонова профильный — 2014-2015-2016-2017 год:
Читать онлайн (cкачать в формате PDF) — Щелкни!
<Вернуться> | <Пояснение: Как скачать?>
Пояснение: Для скачивания книги (с Гугл Диска), нажми сверху справа — СТРЕЛКА В ПРЯМОУГОЛЬНИКЕ . Затем в новом окне сверху справа — СТРЕЛКА ВНИЗ . Для чтения — просто листай колесиком страницы вверх и вниз.
Текст из книги:
ГИИ в конце учебника дан список дополнительной литературы.
Учебный материей! в книге состоит из разделов, включающих главы; внутри большинства глав имеется, как правило, несколько параграфов, в которых рассматриваются те или иные конкретные темы. В завершение параграфа приведено резюме на английском языке. В качестве дополнительного учебного материала в текст пособия включены небольшие двуязычные словари, позволяющие изучить биологическую терминологию на русском и английском языках и повторить пройденный материал. Рубрики «Опорные точки» и «Вопросы для повторения» позволят вам еще раз обратить внимание на важнейшие положения пройденного материала. Используя словарный запас словаря и резюме, вы сможете без особого труда перевести на английский язык текст «Опорных точек». Рубрика «Вопросы для обсуждения» содержит два-три вопроса, для ответа на которые в ряде случаев необходимо привлечение дополнительной литературы. Их можно использовать для факультативного или углубленного изучения темы. С этой же целью в конце каждой главы обозначены «Проблемные области» и «Прикладные аспекты» изученного учебного материала.
Завершает каждую главу перечень основных положений, необходимых для запоминания, а также задания для самостоятельной работы на основе полученных знаний.
Авторы выражают благодарность М. Т. Григорьевой за подготовку английского текста, а также Ю. П. Дашкевичу, профессору Н. М. Черновой и доктору медицинских наук А. Г. Мустафину за ценные замечания, сделанные ими при подготовке второго издания.
Академик РАЕН, профессор В. Б. Захаров
4
Введение
Биология — наука о жизни. Ее название возникло из сочетания двух греческих слов: Ыоз (жизнь) и 1о§о8 (слово, учение). Биология изучает строение, проявления жизнедеятельности, среду обитания всех живых организмов: бактерий, грибов, растений, животных, человека.
Живое на Земле представлено необычайным разнообразием форм, множеством видов живых существ. В настоящее время уже известно около 600 тыс. видов растений, более 2,5 млн видов животных, большое количество видов грибов и прокариот, населяющих нашу планету. Ученые постоянно обнаруживают и описывают новые виды, как существующие в современных условиях, так и вымершие в минувшие геологические эпохи.
Раскрытие общих свойств живых организмов и объяснение причин их многообразия, выявление связей между строением и условиями окружающей среды относятся к основным задачам биологии. Важное место в этой науке занимают вопросы возникновения и законы развития жизни на Земле — эволюционное учение. Понимание этих законов является основой научного мировоззрения и необходимо для решения практических задач.
Биологию подразделяют на отдельные науки по предмету изучения.
Так, микробиология изучает мир бактерий; ботаника исследует строение и жизнедеятельность представителей царства растений; зоология — царства животных и т. д. Вместе с тем развиваются области биологии, изучающие общие свойства живых организмов: генетика — закономерности наследования признаков, биохимия — пути превращения органических молекул, экология — взаимоотношения популяций с окружающей средой. Функции живых организмов изучает физиология.
В соответствии с уровнем организации живой материи выделились такие научные дисциплины, как молекулярная биология, цитология — учение о клетке, гистология — учение о тканях и т. д.
}
8
Биология использует самые различные методы. Один из важнейших — исторический, служащий основой осмысления получаемых фактов. К традиционным относится описательный метод; широко используются инструментальные методы: микроскопия (светооптическая и электронная), электрография, радиолокация и др.
В самых различных областях биологии все больше возрастает значение пограничных дисциплин, связывающих биологию с другими науками — физикой, химией, математикой, кибернетикой и др. Так возникли биофизика, биохимия, бионика.
Возникновение жизни и функционирование живых организмов обусловлены естественными законами. Познание этих законов позволяет не только составить точную картину мира, но и использовать их для практических целей.
Достижения биологии последнего времени привели к возникновению принципиально новых направлений в науке, ставших самостоятельными разделами в комплексе биологических дисциплин. Так, раскрытие молекулярного строения структурных единиц наследственности (генов) послужило основой для создания генной инженерии. С помощью ее методов создают организмы с новыми, в том числе и с не встречающимися в природе, комбинациями наследственных признаков и свойств. Практическое применение достижений современной биологии уже в настоящее время позволяет получать промышленным путем значительные количества биологически активных веществ.
На основе изучения взаимоотношений между организмами созданы биологические методы борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур. Многие приспособления живых организмов послужили моделями для конструирования эффективных искусственных сооружений и механизмов. В то же время незнание или игнорирование законов биологии приводит к тяжелым последствиям как для природы, так и для человека. Настало время, когда от поведения каждого из нас зависит сохранность окружающего мира. Хорошо отрегулировать двигатель автомобиля, предотвратить сброс ядовитых отходов в реку, предусмотреть в проекте гидроэлектростанции обводные каналы для рыбы, удержаться от желания собрать букет полевых цветов — все
это позволит сохранить окружающую среду, среду нашей жизни.
Исключительная способность живой природы к восстановлению создала иллюзию ее неуязвимости к разрушительным воздействиям человека, безграничности ее ресурсов. Теперь мы знаем, что это не так. Поэтому вся хозяйственная деятельность человека сейчас должна строиться с учетом принципов организации биосферы.
Значение биологии для человека огромно. Общебиологические закономерности используются при решении самых разных вопросов во многих отраслях народного хозяйства. Благодаря знанию законов наследственности и изменчивости достигнуты большие успехи в сельском хозяйстве при создании новых высокопродуктивных пород домашних животных и сортов культурных растений. Ученые вывели сотни сортов зерновых, бобовых, масличных и других культур, отличающихся от предшественников высокой продуктивностью и другими полезными качествами. На основе этих знаний проводится селекция микроорганизмов, продуцирующих антибиотики.
Большое значение в биологии придается решению проблем, связанных с выяснением тонких механизмов биосинтеза белка, тайн фотосинтеза, которые откроют путь синтезу органических пищевых веществ вне растительных и животных организмов. Кроме того, использование в промышленности (в строительстве, при создании новых машин и механизмов) принципов организации живых существ (бионика) приносит в настоящее время и даст в будущем значительный экономический эффект.
В дальнейшем практическое значение биологии еще больше возрастет. Это связано с быстрыми темпами роста населения планеты, а также с постоянно возрастающей численностью городского населения, непосредственно не участвующего в сельскохозяйственном производстве. В такой ситуации основой увеличения количества пищевых ресурсов может быть лишь интенсификация сельского хозяйства. Важную роль в этом процессе будет играть выведение новых высокопродуктивных форм микроорганизмов, растений и животных, а также рациональное, научно обоснованное использование природных богатств.
Происхождение и начальные этапы развития жизни на Земле
Человек всегда стремился познать окружающий его мир и определить то место, которое он в нем занимает. Как возникли современные животные и растения? Что привело к их поразительному разнообразию? Каковы причины исчезновения фауны и флоры далеких от нас времен? Каковы дальнейшие пути развития жизни на Земле?
Вот лишь несколько вопросов из того огромного количества загадок, решение которых всегда волновало человечество.
Одна из них — самое начало жизни. Вопрос о происхождении жизни во все времена, на протяжении всей истории человечества имел не только познавательный интерес, но и огромное значение для формирования мировоззрения людей.
Ъ
>1
Глава
1
1
Многообразие живого мира. Основные свойства живой материи
Полна, полна чудес могучая природа.
А. С. Пушкин
Первые живые существа появились на нашей планете около 3 млрд лет назад. От этих ранних форм возникло бесчисленное множество видов живых
организмов, которые, появившись, процветали в течение более или менее продолжительного времени, а затем вымирали. От ранее существовавших форм произошли и современные организмы, образующие четыре царства живой природы: более 2,5 млн видов животных, 600 тыс. видов растений, значительное количество разнообразных грибов, а также множество
прокариотических
организмов.
Глава 1 \ Многообразие живого мира. Основные свойства живой материи 13
Мир живых существ, включая человека, представлен биологическими системами различной структурной организации и разного уровня соподчинения, или согласованности. Известно, что все живые организмы состоят из клеток. Клетка, например, может быть и отдельным организмом, и частью многоклеточного растения или животного. Она бывает довольно просто устроенной, как бактериальная, или значительно более сложно, как клетки одноклеточных животных — П
uchebnik-skachatj-besplatno.com
Читать книгу Биология. Общая биология. 10 класс. Углубленный уровень Н. И. Сонина : онлайн чтение
Текущая страница: 1 (всего у книги 23 страниц) [доступный отрывок для чтения: 16 страниц]
В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин, Е. Т. Захарова
Биология. Общая биология. Углублённый уровень. 10 класс
Предисловие
Для нашего времени свойственна всё более возрастающая взаимозависимость людей. Жизнь человека, его здоровье, условия труда и быта почти целиком зависят от правильности решений, принимаемых многими людьми. В свою очередь, деятельность отдельного человека также влияет на судьбу многих. Именно поэтому очень важно, чтобы наука о жизни стала неотъемлемой составной частью мировоззрения каждого человека независимо от его специальности. Необходимы биологические знания и представителям гуманитарных специальностей, как важная часть общечеловеческого культурного наследия.
Особенно важно понимание общих закономерностей биологии школьникам и лицеистам, решившим посвятить свою дальнейшую деятельность экологическим, биологическим и медицинским проблемам. Дело в том, что современные достижения биологических наук, основанные на новейших технологических решениях, уже не могут быть осмыслены обладателями базовых биологических знаний.
Широк круг вопросов, с которыми вы познакомитесь при чтении данной книги. Однако не все из них достаточно подробно освещены. Это не случайно – сложность и многообразие жизни столь велики, что одни её явления мы только начинаем понимать, а другие ещё ждут изучения.
Учебный материал в книге состоит из разделов, включающих главы. Внутри большинства глав имеется, как правило, несколько параграфов, в которых рассматриваются те или иные конкретные темы. В качестве дополнительного учебного материала в текст пособия включены рубрики «Опорные точки» и «Вопросы и задания для повторения», которые позволят вам ещё раз обратить внимание на важнейшие положения пройденного материала. Рубрика «Вопросы и задания для обсуждения» содержит два-три вопроса, для ответа на которые в ряде случаев необходимо привлечение дополнительной литературы. Их можно использовать для факультативного изучения темы. С этой же целью в конце каждой главы обозначены «Проблемные области» и «Прикладные аспекты» изученного учебного материала.
Завершает каждую главу перечень основных положений, необходимых для запоминания, рубрика «Ваша будущая профессия», а также задания для самостоятельной работы.
В 10 классе вам предстоит изучение основ клеточной биологии, биологии развития и генетики. В этой книге рассказывается о новых достижениях современной биологии в области молекулярной биологии и генетики, биотехнологии и генетической инженерии.
Авторы выражают благодарность академику РАМН, профессору В. Н. Ярыгину за поддержку их творческих усилий, а также Ю. П. Дашкевичу, профессору А. Г. Мустафину и А. В. Буслаеву за ценные замечания, сделанные ими при подготовке настоящего издания.
Академик РАЕН, профессор В. Б. Захаров
Введение
Биология – наука о жизни. Её название возникло из сочетания двух греческих слов – bios (жизнь) и logos (слово, учение). Биология изучает строение, проявления жизнедеятельности, среду обитания всех живых организмов: бактерий, грибов, растений, животных, в том числе и человека.
Живое на Земле представлено необычайным разнообразием форм, множеством видов живых существ. В настоящее время уже известно более 500 тыс. видов растений, 1,5–2 млн видов животных, большое количество видов грибов и прокариот. Учёные постоянно обнаруживают и описывают новые виды, как существующие в современных условиях, так и вымершие в минувшие геологические эпохи.
Раскрытие общих свойств живых организмов и объяснение причин их многообразия, выявление связей между структурно-функциональной организацией и условиями окружающей среды относятся к основным задачам биологии. Важное место в этой науке занимают вопросы возникновения и законы развития жизни на Земле – эволюционное учение. Их понимание является основой научного мировоззрения и необходимо для решения практических задач в самых различных областях человеческой деятельности.
Биологию подразделяют на отдельные науки по предмету изучения. Так, микробиология изучает мир бактерий, ботаника исследует строение и жизнедеятельность представителей царства растений, зоология – царства животных и т. д. Вместе с тем развиваются области биологии, изучающие общие свойства живых организмов: генетика – закономерности наследования признаков, биохимия – пути превращения органических молекул, экология – взаимоотношения организмов друг с другом и с окружающей средой. Функции живых организмов изучает физиология.
В соответствии с уровнями организации живой материи выделились такие научные дисциплины, как молекулярная биология, цитология (учение о клетке), гистология (учение о тканях) и т. д.
В биологии используются самые различные методы. Один из важнейших методов – исторический, он служит основой осмысления получаемых фактов. К традиционным относится описательный метод. Широко используются инструментальные методы: микроскопия (светооптическая и электронная), электрография, радиолокация и др.
В последнее время всё больше возрастает значение пограничных дисциплин, связывающих биологию с другими науками – физикой, химией, математикой, кибернетикой и др. Так возникли биофизика, биохимия, бионика.
Достижения биологии конца XX – начала XXI в. привели к возникновению принципиально новых направлений в науке, ставших самостоятельными разделами в комплексе биологических дисциплин. Так, раскрытие молекулярного строения структурных единиц наследственности – генов (международный проект «Геном человека», 2003) – послужило основой для создания геномики и генной инженерии. С помощью их методов создают организмы с новыми, в том числе и с не встречающимися в природе, комбинациями наследственных признаков и свойств. Практическое применение достижений современной биологии уже в настоящее время позволяет получать промышленным путём значительные количества биологически активных веществ, генетически модифицированных организмов с полезными для человека качествами. Исследования в области нанобиологии и наномедицины, биологии стволовых клеток показали принципиальную возможность репрограммирования специализации клеток и получения в лабораторных условиях из клеточного материала данного организма тканей и даже органов, необходимых для замены «износившихся» или поражённых заболеванием частей организма. Расшифровка механизмов регуляции восстановительных процессов в скором времени приведёт к возможности восстановления частей утраченных при травме конечностей и поражённых патологическим процессом органов и тканей.
На основе изучения взаимоотношений между организмами созданы биологические методы борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур. Многие приспособления живых организмов послужили моделями для конструирования эффективных искусственных сооружений и механизмов. В то же время незнание или игнорирование законов биологии приводит к тяжёлым последствиям как для природы, так и для человека. Настало время, когда от поведения каждого из нас зависит сохранность окружающего мира. Хорошо отрегулировать двигатель автомобиля, предотвратить сброс ядовитых отходов в реку, предусмотреть в проекте гидроэлектростанции обводные каналы для рыбы, удержаться от желания собрать букет редких цветов – всё это позволит сохранить окружающую среду, среду нашей жизни.
Исключительная способность живой природы к восстановлению создала иллюзию её неуязвимости к разрушительным воздействиям человека, безграничности её ресурсов. Теперь мы знаем, что это не так. Поэтому вся хозяйственная деятельность человека сейчас должна строиться с учётом принципов организации биосферы.
Значение биологии для человека огромно. Общебиологические закономерности используются при решении самых разных вопросов во многих отраслях народного хозяйства. Благодаря знанию законов наследственности и изменчивости достигнуты большие успехи в сельском хозяйстве при создании новых высокопродуктивных пород домашних животных и сортов культурных растений. Учёные вывели сотни сортов зерновых, бобовых, масличных и других культур, отличающихся от предшественников высокой продуктивностью и другими полезными качествами. Помимо этого проводится селекция микроорганизмов, продуцирующих антибиотики. Современные достижения генетики привели к развитию генодиагностики и генотерапии наследственных заболеваний человека.
Большое значение в биологии придаётся решению проблем, связанных с выяснением тонких механизмов биосинтеза белка, фотосинтеза, которые дадут возможность синтезировать органические пищевые вещества вне растительных и животных организмов. Кроме того, использование в промышленности (в строительстве, при создании новых машин и механизмов) принципов организации живых существ (бионики) приносит в настоящее время и даст в будущем значительный экономический эффект.
В дальнейшем практическое значение биологии ещё больше возрастёт. Это связано с быстрыми темпами роста населения планеты, а также с постоянно возрастающей численностью городского населения, непосредственно не участвующего в сельскохозяйственном производстве. В такой ситуации основой увеличения пищевых ресурсов может быть лишь интенсификация сельского хозяйства. Важную роль в этом процессе будет играть выведение новых, высокопродуктивных форм микроорганизмов, растений и животных, а также рациональное, научно обоснованное использование природных богатств.
Раздел 1. Происхождение и начальные этапы развития жизни на Земле
Человек всегда стремился познать окружающий его мир и определить то место, которое он в нём занимает. Как возникли современные животные и растения? Что привело к их поразительному разнообразию? В чём причины исчезновения фауны и флоры далёких от нас времён? Каковы дальнейшие пути развития жизни на Земле? Вот лишь несколько вопросов из того огромного количества загадок, решение которых всегда волновало человечество. Одна из них – самое начало жизни. Вопрос о происхождении жизни во все времена, на протяжении всей истории человечества имел не только познавательный интерес, но и огромное значение для формирования мировоззрения людей.
Глава 1. Многообразие живого мира. Основные свойства живой материи
Полна, полна чудес могучая природа.
А. Н. Островский
Первые живые существа появились на нашей планете более 3,6–3,8 млрд лет назад. От этих ранних форм возникло бесчисленное множество видов живых организмов, которые, появившись, процветали в течение более или менее продолжительного времени, а затем вымирали. От ранее существовавших форм произошли и современные организмы, образующие четыре царства живой природы: 1,5–2 млн видов животных, более 500 тыс. видов растений, значительное количество разнообразных грибов и прокариотических организмов.
Мир живых существ, включая человека, представлен биологическими системами различной структурной организации и разного уровня соподчинения и согласованности. Известно, что все живые организмы состоят из клеток. Клетка может быть как отдельным организмом, так и частью многоклеточного растения или животного. Она бывает довольно просто устроена, как бактериальная, или значительно более сложно, как у одноклеточных животных – простейших. Как бактериальная клетка, так и клетка простейших представляет собой целостный организм, способный выполнять все функции, необходимые для обеспечения жизнедеятельности. А вот клетки, входящие в состав многоклеточного организма, специализированы, т. е. могут осуществлять только узкий круг задач и не способны самостоятельно существовать вне организма. У многоклеточных организмов взаимосвязь и взаимозависимость многих клеток приводит к созданию нового качества, неравнозначного простой их сумме. Элементы организма – клетки, ткани и органы – в сумме ещё не представляют собой целостный организм. Лишь соединение их в исторически сложившемся в процессе эволюции порядке, их взаимодействие образует целостный организм, которому присущи определённые свойства.
1.1. Уровни организации живой материи
Живая природа представляет собой сложно организованную иерархическую систему. Учёные-биологи на основании особенностей проявления свойств живого выделяют несколько уровней организации живой материи (рис. 1.1).
Молекулярно-генетический уровень. Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, функционирует на уровне взаимодействия биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ. На этом уровне начинается осуществление важнейших процессов жизнедеятельности организма: обмена веществ и превращения энергии, хранения и реализации наследственной информации, передачи признаков и свойств из поколения в поколение и др.
Клеточный уровень. Клетка – структурная и функциональная единица, а также единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Неклеточных форм жизни нет, а существование вирусов и бактериофагов лишь подтверждает это правило, так как они могут проявлять свойства живых систем только в клетках растений, животных или микроорганизмов.
Тканевый уровень. Ткань представляет собой совокупность клеток различных типов и межклеточного вещества, объединённых выполнением общих функций. Например, кровь включает в себя клеточные элементы – эритроциты, лейкоциты и тромбоциты, а межклеточным веществом служит плазма.
Органный уровень. У большинства животных орган – это структурно-функциональное объединение нескольких типов тканей, пространственно-изолированное от других органов, занимающее определённое место в организме и выполняющее целый ряд определённых функций. Например, кожа человека как орган включает эпителий и соединительную ткань – дерму, которые вместе выполняют целый ряд функций. Основная из функций – защитная. Органы объединены в системы. Например, выделяют сердечно-сосудистую, мочеполовую, пищеварительную, дыхательную системы органов.
Организменный уровень. Организм представляет собой целостную одноклеточную или многоклеточную живую систему, способную к самостоятельному существованию, интегрированную в сообщество себе подобных и неразрывно связанную с абиотическими и биотическими факторами окружающей среды. Одноклеточный организм, как следует из названия, представлен одной клеткой. Это все прокариоты, а из эукариот – одноклеточные растения (хлорелла), животные (амёба) и грибы (пенициллиум). Многоклеточный организм образован совокупностью тканей и органов, выполняющих наборы специфических функций.
Популяционно-видовой уровень. Вид представляет собой систему надорганизменного уровня. Видом принято считать совокупность особей, сходных по структурно-функциональной организации, единых по происхождению, сходных в своих поведенческих реакциях, имеющих одинаковый кариотип, занимающих определённый ареал обитания, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство, а также взаимодействующих определённым образом с факторами среды обитания и представителями других видов.
Вид реально существует в форме популяций – отдельных групп организмов, частично или полностью изолированных от других таких же совокупностей организмов своего вида. Именно в этой системе осуществляются элементарные эволюционные преобразования.
Биогеоценотический уровень. Биогеоценоз – совокупность живых организмов разного уровня организации, проживающих на одной территории, и факторов окружающей среды, влияющих на них. В биогеоценозе выделяют два компонента: биоценоз и экотоп. Под биоценозом понимают совокупность живых организмов различных систематических групп, обитающих на одной территории. Экотоп представляет собой совокупность факторов среды, воздействующих на биоценоз.
Биосферный уровень. Биосфера – самый высокий уровень организации жизни на нашей планете. Она представляет собой, по определению В. И. Вернадского, оболочку планеты, заселённую живыми организмами. В биосфере выделяют живое вещество – совокупность всех живых организмов, неживое, или косное, вещество, биокосное и биогенное вещество. По ориентировочным оценкам, биомасса живого вещества составляет около 2,5×1012 т. Причём биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2 % представлена зелёными растениями. На биосферном уровне происходят круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.
Опорные точки
• Органические молекулы составляют основную массу сухого вещества клетки.
• Клетка является наименьшей структурно-функциональной единицей организации, а также единицей размножения и развития всех живых организмов.
• Возникновение тканей и органов у многоклеточных животных и растений ознаменовало специализацию частей организма на выполнение различных функций.
• Интеграция органов в системы привела к ещё большему усилению их функций и к ещё большим возможностям организма по использованию среды обитания.
Рис. 1.1. Уровни организации живого
Вопросы и задания для повторения
1. Что такое биологические макромолекулы и какова их роль в обеспечении процессов метаболизма в живых организмах?
2. В чём заключаются принципиальные различия клеток живых организмов, относящихся к различным царствам природы?
3. В чём сущность цитологических, гистологических и анатомических методов исследования живой материи?
4. Что называют биогеоценозом?
5. Как можно охарактеризовать биосферу Земли?
Вопросы и задания для обсуждения
1. Как вы считаете, в чём заключается необходимость выделения различных уровней организации живой материи?
2. Укажите критерии выделения различных уровней организации живой материи.
3. Каковы сущность и проявления основных свойств живого на разных уровнях организации?
4. Чем биологические системы отличаются от объектов неживой природы?
1.2. Критерии живых систем
Рассмотрим подробнее признаки и свойства, отличающие живые системы от объектов неживой природы, и основные характеристики процессов жизнедеятельности, выделяющие живое вещество в особую форму существования материи.
Особенности химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. Элементный состав неживой природы наряду с кислородом представлен в основном кремнием, железом, магнием, алюминием и т. д. В живых организмах 98 % химического состава приходится на четыре элемента – углерод, кислород, азот и водород. В живых телах эти элементы участвуют в образовании сложных органических молекул, распространение которых в неживой природе принципиально иное как по количеству, так и по существу. Подавляющее большинство органических молекул окружающей среды представляют собой продукты жизнедеятельности организмов.
В живом веществе органические молекулы подразделяются на несколько основных групп, характеризующихся определёнными специфическими функциями и в большинстве своём представляющих собой биологические полимеры. Во-первых, это нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК, свойства которых обеспечивают хранение, передачу и реализацию наследственной информации, т. е. явления наследственности и изменчивости, а также самовоспроизведение. Во-вторых, это белки – основные структурные компоненты клеток и межклеточного вещества, регуляторы морфофизиологических процессов и биологические катализаторы. В-третьих, углеводы и жиры – структурные компоненты биологических мембран и клеточных стенок, главные источники энергии, необходимой для обеспечения процессов жизнедеятельности. И наконец, огромная группа так называемых «малых молекул», принимающих участие в многочисленных и многообразных процессах обмена веществ – метаболизма в живых организмах. Это, например, витамины, органические кислоты и др.
Метаболизм. Все живые организмы способны к обмену веществами с окружающей средой, поглощая из неё органические и неорганические молекулы, необходимые для питания, и выделяя продукты жизнедеятельности.
В неживой (минеральной, или неорганической) природе присутствует обмен веществами, однако эти процессы имеют физическую подоплёку – перенос вещества или изменение его агрегатного состояния.
В то же время для живых организмов обмен выходит на качественно иной уровень – это химические превращения. В круговороте органических веществ самыми существенными стали реакции синтеза и распада.
Живые организмы поглощают из окружающей среды различные вещества (рис. 1.2). Вследствие целого ряда сложных химических преобразований молекулы из окружающей среды уподобляются веществам живого организма, и из них строится его тело. Эти процессы называют ассимиляцией или пластическим обменом.
Другая сторона обмена веществ – процессы диссимиляции, в результате которых сложные органические соединения распадаются на простые, при этом утрачивается их сходство с характерными для организма молекулами и выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза. Поэтому диссимиляцию называют энергетическим обменом (см. рис. 1.2).
Обмен веществ, наряду с процессами саморегуляции, обеспечивает гомеостаз организма (от греч. homoios – подобный, одинаковый и stasis – неподвижность, состояние), т. е. неизменность химического состава и строения всех частей организма и, как следствие, постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.
Рис. 1.2. Обмен веществ и превращение энергии на уровне организма
Единый принцип структурной организации. Все живые организмы, к какой бы систематической группе они ни относились, имеют клеточное строение. Клетка, как уже указывалось выше, является единой структурно-функциональной единицей, а также единицей развития всех обитателей Земли. Различают не имеющие ядра прокариотические (от лат. pro – перед и греч. canon – орех, ядро ореха) и имеющие ядро эукариотические (от греч. au – хорошо и карион) клетки.
Репродукция. Репродукция, или самовоспроизведение, реализуется на всех уровнях организации живой материи. Благодаря репродукции не только целые организмы, но и клетки, органеллы клеток (митохондрии, пластиды и др.) после деления сходны со своими предшественниками. Из одной молекулы ДНК при её удвоении образуются две дочерние молекулы, полностью повторяющие исходную.
На организменном уровне самовоспроизведение, или репродукция, проявляется в виде бесполого или полового размножения особей. При размножении живых организмов потомство обычно похоже на родителей: кошки рожают котят, собаки – щенят, из семян тополя опять вырастает тополь. Деление одноклеточного организма – амёбы – приводит к образованию двух амёб, полностью схожих с материнской клеткой.
Таким образом, размножение – это свойство организмов воспроизводить себе подобных существ.
В основе самовоспроизведения на всех уровнях организации лежат реакции матричного синтеза, т. е. образование новых молекул и структур на основе информации, заложенной в последовательности нуклеотидов ДНК. Следовательно, самовоспроизведение – одно из основных свойств живого, тесно связанное с явлением наследственности.
Наследственность. Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Признаком называют любую особенность строения на самых различных уровнях организации живой материи, а под свойствами понимают функциональные особенности, в основе которых лежат конкретные структуры. Наследственность обусловлена специфической организацией генетического вещества (наследственного аппарата) – генетическим кодом. Под генетическим кодом понимают такую организацию молекул ДНК и иРНК, при которой последовательность нуклеотидов в них определяет порядок аминокислот в белковой молекуле. Явление наследственности обеспечивается стабильностью молекул ДНК и воспроизведением её химического строения (редупликацией) с высочайшей точностью. Наследственность реализует материальную преемственность (поток информации) между организмами в ряду поколений любого вида.
Изменчивость. Под изменчивостью понимают способность живых организмов приобретать новые признаки и свойства в результате изменений структуры наследственного материала, возникновения новых комбинаций генов или влияния на их развитие факторов окружающей среды.
Изменчивость выглядит как противоположность наследственности, но вместе с тем оба эти свойства тесно связаны, так как изменяются наследственные задатки – гены, определяющие развитие тех или иных признаков. Если бы репродукция молекул ДНК всегда происходила с абсолютной точностью, то при размножении организмов осуществлялась бы преемственность только существовавших прежде признаков. В этом случае приспособление видов к меняющимся условиям среды оказалось бы невозможным.
Изменчивость создаёт разнообразный материал для естественного отбора, т. е. отбора наиболее приспособленных особей к конкретным условиям существования в природных условиях. А это, в свою очередь, приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.
Рост и развитие. Способность к развитию – всеобщее свойство материи. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой и неживой природы. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта, вследствие которого изменяется его состав или структура. Развитие особи представлено индивидуальным развитием, или онтогенезом (от греч. ontos – сущее и genesis – происхождение, возникновение), а развитие живой природы – историческим развитием, или эволюцией.
На протяжении онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные признаки и свойства организмов. В основе этого лежит поэтапная реализация наследственной программы.
Независимо от способа размножения все дочерние особи, образующиеся из одной зиготы или споры, почки или клетки, получают по наследству только генетическую информацию, т. е. возможность проявить те или иные признаки. Развитие сопровождается ростом. В процессе развития возникает специфическая структурно-функциональная организация индивида, а увеличение его массы (размеров тела) обусловлено репродукцией макромолекул, элементарных структур клеток и самих клеток.
Историческое развитие, или эволюция, – это необратимое и направленное развитие живой природы, сопровождающееся приобретением приспособлений, образованием новых видов и прогрессивным усложнением жизни, а также вымиранием прежде существовавших форм. Результатом эволюции является всё многообразие живых организмов на Земле.
Возникновение отдельной группы организмов принято называть филогенезом (от греч. phylon – род, племя и генез). Под этим понимают происхождение и развитие крупной систематической группы животных или растений. Например, филогенез хордовых животных – происхождение, развитие и систематика типа хордовых; антропогенез – возникновение и становление человека и т. д.
Раздражимость. Любой организм неразрывно связан с окружающей средой: он извлекает из неё питательные вещества, подвергается воздействию благоприятных и неблагоприятных факторов среды, вступает во взаимодействие с другими организмами и т. д. В процессе эволюции у живых организмов выработалось и закрепилось свойство избирательно реагировать на самые разнообразные внешние воздействия. Это свойство носит название раздражимости. Всякое изменение окружающих организм условий среды представляет собой по отношению к нему раздражение, а его реакция на внешние раздражители служит показателем его чувствительности и проявлением раздражимости.
Реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется с участием нервной системы и называется рефлексом.
Организмы, не имеющие нервной системы, например простейшие или растения, лишены и рефлексов. Их реакции, выражающиеся в изменении характера движения или роста, принято называть таксисами (от греч. taxis – расположение) или тропизмами (от греч. tropos – поворот, направление), прибавляя при их обозначении название раздражителя. Например, фототаксис – движение одноклеточных к свету, хемотаксис – перемещение организма по отношению к концентрации химических веществ. Каждый вид таксиса может быть положительным или отрицательным, однако всегда организм перемещается в зону оптимальной концентрации того или иного вещества или интенсивности действия физического фактора среды. Например, фототаксис у эвглены зелёной объясняется тем, что способное к фотосинтезу одноклеточное животное при нормальных условиях стремится к более освещённому участку среды обитания (положительный фототаксис). При этом, если на клетку воздействует свет слишком сильной интенсивности, это вызовет перемещение организма в зону меньшей освещённости (отрицательный фототаксис) или даже его гибель.
Под тропизмами понимают определённый характер роста, который свойствен растениям. Так, гелиотропизм (от греч. helios – Солнце) означает рост побеговой системы растений (стебля, листьев) по направлению к Солнцу, а геотропизм (от греч. geo – Земля) – рост подземных частей (корней) в направлении к центру Земли.
Также для растений характерны настии (от греч. nastos – уплотнённый) – движения отдельных частей растительного организма, например движение листьев в течение светового дня, зависящее от положения солнца на небосводе, раскрытие и закрытие венчика цветка и т. д.
Дискретность. Само это слово произошло от латинского слова discretus, что означает «прерывистый, разделённый». Дискретность – всеобщее свойство материи. Так, из курса физики и химии известно, что каждый атом обособлен и состоит из элементарных частиц и что атомы образуют молекулу. Простые молекулы входят в состав сложных соединений.
Жизнь на Земле также проявляется в виде дискретных форм. Это означает, что отдельный организм или иная биологическая система (вид, биоценоз и др.) состоит из отдельных изолированных, т. е. обособленных или ограниченных в пространстве, но тем не менее тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Например, любой вид организмов включает отдельные особи. Тело высокоорганизованной особи построено из пространственно отграниченных органов, которые, в свою очередь, состоят из отдельных клеток. Энергетический аппарат клетки представлен отдельными митохондриями, аппарат синтеза белка – рибосомами и т. д. вплоть до макромолекул, каждая из которых может выполнять свою функцию, лишь будучи пространственно изолированной от других.
Дискретность строения организма – основа его структурной упорядоченности. Она создаёт возможность его постоянного самообновления путём замены «износившихся» структурных элементов (молекул, ферментов, органоидов клетки, целых клеток) без прекращения выполняемой функции. Дискретность вида предопределяет возможность его эволюции путём гибели или устранения от размножения неприспособленных особей, сохранения и размножения индивидов с полезными для выживания признаками.
iknigi.net
Читать книгу Биология. Общая биология. Профильный уровень. 10 класс Н. И. Сонина : онлайн чтение
Текущая страница: 1 (всего у книги 18 страниц) [доступный отрывок для чтения: 12 страниц]
В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин, Е. Т. Захарова
Биология. Общая биология. Профильный уровень. 10 класс
Предисловие
Нашему времени свойственна все более возрастающая взаимозависимость людей. Жизнь человека, его здоровье, условия труда и быта почти целиком зависят от правильности решений, принимаемых очень многими людьми. В свою очередь, деятельность отдельного человека также влияет на судьбу многих. Именно поэтому очень важно, чтобы наука о жизни стала неотъемлемой составной частью мировоззрения каждого человека независимо от его специальности. Инженеру-строителю, инженеру-технологу, инженеру-мелиоратору знание биологии необходимо так же, как врачу или агроному, ибо только в этом случае они будут представлять последствия своей производственной деятельности для природы и человека. Необходимы биологические знания и представителям гуманитарных специальностей как важная часть общечеловеческого культурного наследия. Действительно, во все века вокруг знаний о живой природе пели споры философов и богословов, ученых и шарлатанов. Представления о сущности жизни послужили основой многих мировоззренческих концепций.
Цель авторов данной книги – дать представление о структуре живой материи, наиболее общих ее законах, познакомить с многообразием жизни и историей ее развития на Земле. Особое внимание уделено анализу взаимоотношений между организмами и условиями устойчивости экологических систем. Большое место в ряде разделов отведено изложению общебиологических закономерностей как наиболее трудных для понимания. В других разделах приведены только самые необходимые сведения и понятия.
Широк круг вопросов, с которыми вы познакомитесь при чтении данной книги. Однако не все из них могли быть достаточно подробно освещены. Это не случайно – сложность и многообразие жизни столь велики, что одни ее явления мы только начинаем понимать, а другие еще ждут изучения. В этой книге лишь затронуты важные вопросы организации живых систем, их функционирование и развитие. Для более подробного знакомства с теми или иными вопросами биологии в конце учебника дан список дополнительной литературы.
Учебный материал в книге состоит из разделов, включающих главы; внутри большинства глав имеется, как правило, несколько параграфов, в которых рассматриваются те или иные конкретные темы. В завершение параграфа приведено резюме на английском языке. В качестве дополнительного учебного материала в текст пособия включены небольшие двуязычные словари, позволяющие изучить биологическую терминологию на русском и английском языках и повторить пройденный материал. Рубрики «Опорные точки» и «Вопросы для повторения» позволят вам еще раз обратить внимание на важнейшие положения пройденного материала. Используя словарный запас словаря и резюме, вы сможете без особого труда перевести на английский язык текст «Опорных точек». Рубрика «Вопросы для обсуждения» содержит два-три вопроса, для ответа на которые в ряде случаев необходимо привлечение дополнительной литературы. Их можно использовать для факультативного или углубленного изучения темы. С этой же целью в конце каждой главы обозначены «Проблемные области» и «Прикладные аспекты» изученного учебного материала.
Завершает каждую главу перечень основных положений, необходимых для запоминания, а также задания для самостоятельной работы на основе полученных знаний.
Авторы выражают благодарность М. Т. Григорьевой за подготовку английского текста, а также Ю. П. Дашкевичу, профессору Н. М. Черновой и доктору медицинских наук А. Г. Мустафину за ценные замечания, сделанные ими при подготовке второго издания.
Академик РАЕН, профессор В. Б. Захаров
Введение
Биология – наука о жизни. Ее название возникло из сочетания двух греческих слов: bios (жизнь) и logos (слово, учение). Биология изучает строение, проявления жизнедеятельности, среду обитания всех живых организмов: бактерий, грибов, растений, животных, человека.
Живое на Земле представлено необычайным разнообразием форм, множеством видов живых существ. В настоящее время уже известно около 600 тыс. видов растений, более 2,5 млн видов животных, большое количество видов грибов и прокариот, населяющих нашу планету. Ученые постоянно обнаруживают и описывают новые виды, как существующие в современных условиях, так и вымершие в минувшие геологические эпохи.
Раскрытие общих свойств живых организмов и объяснение причин их многообразия, выявление связей между строением и условиями окружающей среды относятся к основным задачам биологии. Важное место в этой науке занимают вопросы возникновения и законы развития жизни на Земле – эволюционное учение. Понимание этих законов является основой научного мировоззрения и необходимо для решения практических задач.
Биологию подразделяют на отдельные науки по предмету изучения.
Так, микробиология изучает мир бактерий; ботаника исследует строение и жизнедеятельность представителей царства растений; зоология – царства животных и т. д. Вместе с тем развиваются области биологии, изучающие общие свойства живых организмов: генетика – закономерности наследования признаков, биохимия – пути превращения органических молекул, экология – взаимоотношения популяций с окружающей средой. Функции живых организмов изучает физиология.
В соответствии с уровнем организации живой материи выделились такие научные дисциплины, как молекулярная биология, цитология – учение о клетке, гистология – учение о тканях и т. д.
Биология использует самые различные методы. Один из важнейших – исторический, служащий основой осмысления получаемых фактов. К традиционным относится описательный метод; широко используются инструментальные методы: микроскопия (светооптическая и электронная), электрография, радиолокация и др.
В самых различных областях биологии все больше возрастает значение пограничных дисциплин, связывающих биологию с другими науками – физикой, химией, математикой, кибернетикой и др. Так возникли биофизика, биохимия, бионика.
Возникновение жизни и функционирование живых организмов обусловлены естественными законами. Познание этих законов позволяет не только составить точную картину мира, но и использовать их для практических целей.
Достижения биологии последнего времени привели к возникновению принципиально новых направлений в науке, ставших самостоятельными разделами в комплексе биологических дисциплин. Так, раскрытие молекулярного строения структурных единиц наследственности (генов) послужило основой для создания генной инженерии. С помощью ее методов создают организмы с новыми, в том числе и с не встречающимися в природе, комбинациями наследственных признаков и свойств. Практическое применение достижений современной биологии уже в настоящее время позволяет получать промышленным путем значительные количества биологически активных веществ.
На основе изучения взаимоотношений между организмами созданы биологические методы борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур. Многие приспособления живых организмов послужили моделями для конструирования эффективных искусственных сооружений и механизмов. В то же время незнание или игнорирование законов биологии приводит к тяжелым последствиям как для природы, так и для человека. Настало время, когда от поведения каждого из нас зависит сохранность окружающего мира. Хорошо отрегулировать двигатель автомобиля, предотвратить сброс ядовитых отходов в реку, предусмотреть в проекте гидроэлектростанции обводные каналы для рыбы, удержаться от желания собрать букет полевых цветов – все это позволит сохранить окружающую среду, среду нашей жизни.
Исключительная способность живой природы к восстановлению создала иллюзию ее неуязвимости к разрушительным воздействиям человека, безграничности ее ресурсов. Теперь мы знаем, что это не так. Поэтому вся хозяйственная деятельность человека сейчас должна строиться с учетом принципов организации биосферы.
Значение биологии для человека огромно. Общебиологические закономерности используются при решении самых разных вопросов во многих отраслях народного хозяйства. Благодаря знанию законов наследственности и изменчивости достигнуты большие успехи в сельском хозяйстве при создании новых высокопродуктивных пород домашних животных и сортов культурных растений. Ученые вывели сотни сортов зерновых, бобовых, масличных и других культур, отличающихся от предшественников высокой продуктивностью и другими полезными качествами. На основе этих знаний проводится селекция микроорганизмов, продуцирующих антибиотики.
Большое значение в биологии придается решению проблем, связанных с выяснением тонких механизмов биосинтеза белка, тайн фотосинтеза, которые откроют путь синтезу органических пищевых веществ вне растительных и животных организмов. Кроме того, использование в промышленности (в строительстве, при создании новых машин и механизмов) принципов организации живых существ (бионика) приносит в настоящее время и даст в будущем значительный экономический эффект.
В дальнейшем практическое значение биологии еще больше возрастет. Это связано с быстрыми темпами роста населения планеты, а также с постоянно возрастающей численностью городского населения, непосредственно не участвующего в сельскохозяйственном производстве. В такой ситуации основой увеличения количества пищевых ресурсов может быть лишь интенсификация сельского хозяйства. Важную роль в этом процессе будет играть выведение новых высокопродуктивных форм микроорганизмов, растений и животных, а также рациональное, научно обоснованное использование природных богатств.
Раздел 1. Происхождение и начальные этапы развития жизни на Земле
Человек всегда стремился познать окружающий его мир и определить то место, которое он в нем занимает. Как возникли современные животные и растения? Что привело к их поразительному разнообразию? Каковы причины исчезновения фауны и флоры далеких от нас времен? Каковы дальнейшие пути развития жизни на Земле? Вот лишь несколько вопросов из того огромного количества загадок, решение которых всегда волновало человечество. Одна из них – самое начало жизни. Вопрос о происхождении жизни во все времена, на протяжении всей истории человечества имел не только познавательный интерес, но и огромное значение для формирования мировоззрения людей.
Глава 1. Многообразие живого мира. Основные свойства живой материи
Полна, полна чудес могучая природа.
А. С. Пушкин
Первые живые существа появились на нашей планете около 3 млрд лет назад. От этих ранних форм возникло бесчисленное множество видов живых организмов, которые, появившись, процветали в течение более или менее продолжительного времени, а затем вымирали. От ранее существовавших форм произошли и современные организмы, образующие четыре царства живой природы: более 2,5 млн видов животных, 600 тыс. видов растений, значительное количество разнообразных грибов, а также множество прокариотических организмов.
Мир живых существ, включая человека, представлен биологическими системами различной структурной организации и разного уровня соподчинения, или согласованности. Известно, что все живые организмы состоят из клеток. Клетка, например, может быть и отдельным организмом, и частью многоклеточного растения или животного. Она бывает довольно просто устроенной, как бактериальная, или значительно более сложно, как клетки одноклеточных животных – Простейших. Как бактериальная клетка, так и клетка Простейших представляет целый организм, способный выполнять все функции, необходимые для обеспечения жизнедеятельности. А вот клетки, входящие в состав многоклеточного организма, специализированы, т. е. могут осуществлять только одну какую-либо функцию и не способны самостоятельно существовать вне организма. У многоклеточных организмов взаимосвязь и взаимозависимость многих клеток приводит к созданию нового качества, неравнозначного простой их сумме. Элементы организма – клетки, ткани и органы – в сумме еще не представляют собой целостный организм. Лишь соединение их в исторически сложившемся в процессе эволюции порядке, их взаимодействие, образует целостный организм, которому присущи определенные свойства.
1.1. Уровни организации живой материи
Живая природа представляет собой сложно организованную иерархическую систему (рис. 1.1). Ученые-биологи на основании особенностей проявления свойств живого выделяют несколько уровней организации живой материи.
1. Молекулярный
Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, функционирует на уровне взаимодействия биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др.
2. Клеточный
Клетка – структурная и функциональная единица, а также единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Неклеточных форм жизни нет, а существование вирусов лишь подтверждает это правило, так как они могут проявлять свойства живых систем только в клетках.
Рис. 1.1. Уровни организации живой материи (на примере отдельного организма). Организм, как и вся живая природа, построен по иерархическому принципу
3. Тканевый
Ткань представляет собой совокупность сходных по строению клеток и межклеточного вещества, объединенных выполнением общей функции.
4. Органный
У большинства животных орган – это структурно-функциональное объединение нескольких типов тканей. Например, кожа человека как орган включает эпителий и соединительную ткань, которые вместе выполняют целый ряд функций. Среди них наиболее важная – защитная.
5. Организменный
Организм представляет собой целостную одноклеточную или многоклеточную живую систему, способную к самостоятельному существованию. Многоклеточный организм образован совокупностью тканей и органов, специализированных на выполнении различных функций.
6. Популяционно-видовой
Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования.
7. Биогеоценотический
Биогеоценоз – совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами конкретной среды их обитания – компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы. Он включает: неорганические и органические вещества, автотрофные и гетеротрофные организмы. Основные функции биогеоценоза – аккумуляция и перераспределение энергии.
8. Биосферный
Биосфера – самый высокий уровень организации жизни на нашей планете. В ней выделяют живое вещество – совокупность всех живых организмов, неживое, или косное, вещество и биокосное вещество. По ориентировочным оценкам биомасса живого вещества составляет около 2,5×1012 т. Причем биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2 % представлена зелеными растениями. На биосферном уровне происходят круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.
Summary
Every living organism represents a multilevel system with a different rate of complexity and coordination. All the signs of vital activity – metabolism, transformation of energy, and transference of genetic information – start with interactions of macromolecules. However, only the cell, where the processes of interactions between molecules are in the spatial order, can be considered as structural and function as a unit of living organisms. In multicellular bodies coordinated activity of many cells enables the appearance of qualitatively new formations – tissues and organs, specialized to definite functions of the organism.
Опорные точки
1. Органические молекулы составляют основную массу сухого вещества клетки.
2. Нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение и передачу наследственной информации во всех клетках.
3. В основе процессов метаболизма лежат взаимодействия органических молекул друг с другом.
4. Клетка является наименьшей структурно-функциональной единицей организации живых организмов.
5. Возникновение тканей и органов у многоклеточных животных и растений ознаменовало специализацию частей организма по выполняемым функциям.
6. Интеграция органов в системы привела к еще большему усилению функций организма.
Вопросы для повторения и задания
1. Что такое органические молекулы и какова их роль в обеспечении процессов метаболизма в живых организмах?
2. В чем заключаются принципиальные различия клеток живых организмов, относящихся к различным царствам природы?
3. В чем сущности цитологических, гистологических и анатомических методов исследования живой материи?
4. Что называют биогеоценозом?
5. Как можно охарактеризовать биосферу Земли?
6. Какие метаболические процессы протекают на уровне биосферы? В чем их принципиальное значение для живых организмов, обитающих на нашей планете?
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
Как вы считаете, в чем заключается необходимость выделения различных уровней организации живой материи?
Укажите критерии выделения различных уровней организации живой материи.
Какова сущность основных свойств живого на разных уровнях организации?
Чем отличаются биологические системы от объектов неживой природы?
1.2. Критерии живых систем
Рассмотрим подробнее критерии, отличающие живые системы от объектов неживой природы, и основные характеристики процессов жизнедеятельности, выделяющие живое вещество в особую форму существования материи.
Особенности химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. Элементный состав неживой природы наряду с кислородом представлен в основном кремнием, железом, магнием, алюминием и т. д. В живых организмах 98 % химического состава приходится на четыре элемента – углерод, кислород, азот и водород. Однако в живых телах эти элементы участвуют в образовании сложных органических молекул, распространение которых в неживой природе принципиально иное как по количеству, так и по существу. Подавляющее большинство органических молекул окружающей среды представляют собой продукты жизнедеятельности организмов.
В живом веществе содержится несколько основных групп органических молекул, характеризующихся определенными специфическими функциями и в большинстве своем представляющих собой нерегулярные полимеры. Во-первых, это нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК, свойства которых обеспечивают явления наследственности и изменчивости, а также самовоспроизведение. Во-вторых, это белки – основные структурные компоненты и биологические катализаторы. В-третьих, углеводы и жиры – структурные компоненты биологических мембран и клеточных стенок, главные источники энергии, необходимой для обеспечения процессов жизнедеятельности. И наконец, огромная группа разнообразных так называемых «малых молекул», принимающих участие в многочисленных и разнообразных процессах метаболизма в живых организмах.
Метаболизм. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из нее вещества, необходимые для питания, и выделяя продукты жизнедеятельности.
В неживой природе также существует обмен веществами, однако при небиологическом круговороте веществ они главным образом просто переносятся с одного места на другое или меняется их агрегатное состояние: например, смыв почвы, превращение воды в пар или лед.
В отличие от обменных процессов в неживой природе у живых организмов они имеют качественно иной уровень. В круговороте органических веществ самыми существенными стали процессы превращения веществ – процессы синтеза и распада.
Живые организмы поглощают из окружающей среды различные вещества. Вследствие целого ряда сложных химических превращений вещества из окружающей среды перестраиваются в вещества, свойственные данному живому организму. Эти процессы называют ассимиляцией или пластическим обменом.
Рис. 1.2. Обмен веществ и превращение энергии на уровне организма
Другая сторона обмена веществ – процессы диссимиляции, в результате которых сложные органические соединения распадаются на простые, при этом утрачивается их сходство с веществами организма и выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза. Поэтому диссимиляцию называют энергетическим обменом (рис. 1.2).
Обмен веществ обеспечивает гомеостаз организма, т. е. неизменность химического состава и строения всех частей организма и, как следствие, постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.
Единый принцип структурной организации. Все живые организмы, к какой бы систематической группе они ни относились, имеют клеточное строение. Клетка, как уже указывалось выше, является единой структурно-функциональной единицей, а также единицей развития всех обитателей Земли.
Репродукция. На организменном уровне самовоспроизведение, или репродукция, проявляется в виде бесполого или полового размножения особей. При размножении живых организмов потомство обычно похоже на родителей: кошки воспроизводят котят, собаки – щенят. Из семян тополя опять вырастает тополь. Деление одноклеточного организма – амебы – приводит к образованию двух амеб, полностью схожих с материнской клеткой.
Таким образом, размножение – это свойство организмов воспроизводить себе подобных.
Благодаря репродукции не только целые организмы, но и клетки, органеллы клеток (митохондрии, пластиды и др.) после деления сходны со своими предшественниками. Из одной молекулы ДНК при ее удвоении образуются две дочерние молекулы, полностью повторяющие исходную.
В основе самовоспроизведения лежат реакции матричного синтеза, т. е. образование новых молекул и структур на основе информации, заложенной в последовательности нуклеотидов ДНК. Следовательно, самовоспроизведение – одно из основных свойств живого, тесно связанное с явлением наследственности.
Наследственность. Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Признаком называют любую особенность строения на самых различных уровнях организации живой материи, а под свойствами понимают функциональные особенности, в основе которых лежат конкретные структуры. Наследственность обусловлена специфической организацией генетического вещества (генетического аппарата) – генетическим кодом. Под генетическим кодом понимают такую организацию молекул ДНК, при которой последовательность нуклеотидов в ней определяет порядок аминокислот в белковой молекуле. Обеспечивается явление наследственности стабильностью молекул ДНК и воспроизведением ее химического строения (редупликацией) с высокой точностью. Наследственность обеспечивает материальную преемственность (поток информации) между организмами в ряду поколений.
Изменчивость. Это свойство как бы противоположно наследственности, но вместе с тем тесно связано с ней, так как при этом изменяются наследственные задатки – гены, определяющие развитие тех или иных признаков. Если бы репродукция матриц – молекул ДНК – всегда происходила с абсолютной точностью, то при размножении организмов осуществлялась бы преемственность только существовавших прежде признаков, и приспособление видов к меняющимся условиям среды оказалось бы невозможным. Следовательно, изменчивость – это способность организмов приобретать новые признаки и свойства в результате изменений структуры наследственного материала или возникновения новых комбинаций генов.
Изменчивость создает разнообразный материал для естественного отбора, т. е. отбора наиболее приспособленных особей к конкретным условиям существования в природных условиях. А это, в свою очередь, приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.
Рост и развитие. Способность к развитию – всеобщее свойство материи. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой и неживой природы. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта, вследствие которого изменяется его состав или структура. Развитие живой формы существования материи представлено индивидуальным развитием, или онтогенезом, и историческим развитием, или филогенезом.
На протяжении онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организмов. В основе этого лежит поэтапная реализация наследственных программ. Развитие сопровождается ростом. Независимо от способа размножения все дочерние особи, образующиеся из одной зиготы или споры, почки или клетки, получают по наследству только генетическую информацию, т. е. возможность проявить те или иные признаки. В процессе развития возникает специфическая структурная организация индивида, а увеличение его массы обусловлено репродукцией макромолекул, элементарных структур клеток и самих клеток.
Филогенез, или эволюция, – это необратимое и направленное развитие живой природы, сопровождающееся образованием новых видов и прогрессивным усложнением жизни. Результатом эволюции является все многообразие живых организмов на Земле.
Раздражимость. Любой организм неразрывно связан с окружающей средой: извлекает из нее питательные вещества, подвергается воздействию неблагоприятных факторов среды, вступает во взаимодействие с другими организмами и т. д. В процессе эволюции у живых организмов выработалось и закрепилось свойство избирательно реагировать на внешние воздействия. Это свойство носит название раздражимости. Всякое изменение окружающих организм условий среды представляет собой по отношению к нему раздражение, а его реакция на внешние раздражители служит показателем его чувствительности и проявлением раздражимости.
Реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется через посредство нервной системы и называется рефлексом.
Организмы, не имеющие нервной системы, например простейшие или растения, лишены и рефлексов. Их реакции, выражающиеся в изменении характера движения или роста, принято называть таксисами или тропизмами, прибавляя при их обозначении название раздражителя. Например, фототаксис – движение в направлении к свету; хемотаксис – перемещение организма по отношению к концентрации химических веществ. Каждый род таксиса может быть положительным или отрицательным в зависимости от того, действует раздражитель на организм притягивающим или отталкивающим образом.
Под тропизмами понимают определенный характер роста, который свойствен растениям. Так, гелиотропизм (от греч. helios – Солнце) означает рост наземных частей растений (стебля, листьев) по направлению к Солнцу, а геотропизм (от греч. geo – Земля) – рост подземных частей (корней) в направлении к центру Земли.
Для растений характерны также настии – движения частей растительного организма, например движение листьев в течение светового дня, зависящее от положения Солнца на небосводе, раскрытие и закрытие венчика цветка и т. д.
Дискретность. Само слово дискретность произошло от латинского discretus, что означает прерывистый, разделенный. Дискретность – всеобщее свойство материи. Так, из курса физики и общей химии известно, что каждый атом состоит из элементарных частиц, что атомы образуют молекулу. Простые молекулы входят в состав сложных соединений или кристаллов и т. д.
Жизнь на Земле также проявляется в виде дискретных форм. Это означает, что отдельный организм или иная биологическая система (вид, биоценоз и др.) состоит из отдельных изолированных, т. е. обособленных или ограниченных в пространстве, но тем не менее тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Например, любой вид организмов включает отдельные особи. Тело высокоорганизованной особи образует пространственно ограниченные органы, которые, в свою очередь, состоят из отдельных клеток. Энергетический аппарат клетки представлен отдельными митохондриями, аппарат синтеза белка – рибосомами и т. д. вплоть до макромолекул, каждая из которых может выполнять свою функцию, лишь будучи пространственно изолированной от других.
Дискретность строения организма – основа его структурной упорядоченности. Она создает возможность постоянного самообновления его путем замены «износившихся» структурных элементов (молекул, ферментов, органоидов клетки, целых клеток) без прекращения выполняемой функции. Дискретность вида предопределяет возможность его эволюции путем гибели или устранения от размножения неприспособленных особей и сохранения индивидов с полезными для выживания признаками.
Авторегуляция. Это способность живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов – гомеостаз. При этом недостаток поступления каких-либо питательных веществ из окружающей среды мобилизует внутренние ресурсы организма, а избыток вызывает запасание этих веществ. Подобные реакции осуществляются разными путями благодаря деятельности регуляторных систем – нервной, эндокринной и некоторых других. Сигналом для включения той или иной регулирующей системы может быть изменение концентрации какого-либо вещества или состояния какой-либо системы.
Ритмичность. Периодические изменения в окружающей среде оказывают глубокое влияние на живую природу и на собственные ритмы живых организмов.
В биологии под ритмичностью понимают периодические изменения интенсивности физиологических функций и формообразовательных процессов с различными периодами колебаний (от нескольких секунд до года и столетия). Хорошо известны суточные ритмы сна и бодрствования у человека; сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих (суслики, ежи, медведи) и многие другие (рис. 1.3).
Ритмичность направлена на согласование функций организма с окружающей средой, т. е. на приспособление к периодически меняющимся условиям существования.
Энергозависимость. Живые тела представляют собой «открытые» для поступления энергии системы. Это понятие заимствовано из физики. Под «открытыми» системами понимают динамические, т. е. не находящиеся в состоянии покоя системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним энергии и материи извне. Таким образом, живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступает материя в виде пищи из окружающей среды и энергия. Следует отметить, что живые организмы в отличие от объектов неживой природы ограничены от окружающей среды оболочками (наружная клеточная мембрана у одноклеточных, покровная ткань у многоклеточных). Эти оболочки затрудняют обмен веществ между организмом и внешней средой, сводят к минимуму потери вещества и поддерживают пространственное единство системы.
iknigi.net
Читать Биология. Общая биология. Базовый уровень. 10 класс — Захарова Екатерина Тимофеевна — Страница 1
В. И. Сивоглазов, И. Б. Агафонова, Е. Т. Захарова
Биология. Общая биология. 10 класс. Базовый уровень
Как работать с учебником
Уважаемые старшеклассники!
Вы уже знакомы со многими закономерностями общей биологии. Данный учебник не является простым повторением известного вам материала. Опираясь на ваши знания, мы рассказываем вам новое, одновременно повторяя и углубляя известное ранее.
Весь материал курса общей биологии 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. В учебнике 10 класса мы подробно познакомимся с двумя основными уровнями – клеточным и организменным. Вид и экосистему мы будем изучать в 11 классе.
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 объём. 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, микрофотографии помогут разобраться в новом материале. Понятия и законы, на которые необходимо обратить особое внимание, выделены в тексте курсивом. Прочитайте дополнительный материал, помещённый в рамке. Вопросы для повторения и задания в конце параграфа помогут повторить изученный материал. Рубрика «Подумайте! Выполните!» представляет вопросы и задания поисково – творческого уровня, направленные на достижение личностных и метапредметных результатов.
Материал в рубрике «Узнайте больше» расширяет и углубляет основные базовые знания курса. Рубрика «Повторите и вспомните!» позволит вам связать общебиологические знания с материалом предыдущих курсов биологии, сформировать единое биологическое пространство, где действуют общие законы. Если вы планируете в дальнейшем сдавать единый государственный экзамен, этот материал поможет вам подготовиться и успешно пройти это испытание.
Большую помощь при изучении курса вам окажет электронное приложение. Пользуясь им, вы сможете не только усвоить новое, но и повторить изученный материал, проверить свои знания.
Желаем успехов!
Введение
Биология – наука о жизни. Её название произошло от двух греческих слов: bios (жизнь) и logos (наука, слово). Слово о жизни… Какая наука имеет более глобальное название?.. Изучая биологию, человек познаёт самого себя как индивидуума и как члена определённой популяции, как представителя вида Homo sapiens и как типичного млекопитающего, он может ощутить себя элементом определённой 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 всё 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 её 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 естественно-научную 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 – всё это должно решить одну из основных проблем современности – проблему дефицита пищевых ресурсов.
Незнание или игнорирование законов биологии приводит к тяжёлым 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.
Всё 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 – всё 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 общей биологии, 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 ещё 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 учёбы вы почувствуете, что биология – это наука не об абстрактных понятиях и законах, а о вас, о вашей жизни и о вашем будущем, значит, мы не зря написали эти учебники.
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. Краткая история развития биологии
Вспомните!
Какие достижения современной биологии вам известны?
online-knigi.com
Читать онлайн «Биология. Общая биология. 10 класс. Базовый уровень» автора Сивоглазов Владислав Иванович — RuLit
В. И. Сивоглазов, И. Б. Агафонова, Е. Т. Захарова
Биология. Общая биология. 10 класс. Базовый уровень
Как работать с учебником
Уважаемые старшеклассники!
Вы уже знакомы со многими закономерностями общей биологии. Данный учебник не является простым повторением известного вам материала. Опираясь на ваши знания, мы рассказываем вам новое, одновременно повторяя и углубляя известное ранее.
Весь материал курса общей биологии 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. В учебнике 10 класса мы подробно познакомимся с двумя основными уровнями – клеточным и организменным. Вид и экосистему мы будем изучать в 11 классе.
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 объём. 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, микрофотографии помогут разобраться в новом материале. Понятия и законы, на которые необходимо обратить особое внимание, выделены в тексте курсивом. Прочитайте дополнительный материал, помещённый в рамке. Вопросы для повторения и задания в конце параграфа помогут повторить изученный материал. Рубрика «Подумайте! Выполните!» представляет вопросы и задания поисково – творческого уровня, направленные на достижение личностных и метапредметных результатов.
Материал в рубрике «Узнайте больше» расширяет и углубляет основные базовые знания курса. Рубрика «Повторите и вспомните!» позволит вам связать общебиологические знания с материалом предыдущих курсов биологии, сформировать единое биологическое пространство, где действуют общие законы. Если вы планируете в дальнейшем сдавать единый государственный экзамен, этот материал поможет вам подготовиться и успешно пройти это испытание.
Большую помощь при изучении курса вам окажет электронное приложение. Пользуясь им, вы сможете не только усвоить новое, но и повторить изученный материал, проверить свои знания.
Желаем успехов!
Биология – наука о жизни. Её название произошло от двух греческих слов: bios (жизнь) и logos (наука, слово). Слово о жизни… Какая наука имеет более глобальное название?.. Изучая биологию, человек познаёт самого себя как индивидуума и как члена определённой популяции, как представителя вида Homo sapiens и как типичного млекопитающего, он может ощутить себя элементом определённой 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 всё 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 её 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 естественно-научную 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 – всё это должно решить одну из основных проблем современности – проблему дефицита пищевых ресурсов.
www.rulit.me
Учебник по биологии 10-11 класс Сивоглазов Агафонова Захарова читать онлайн
Выберите нужную страницу с уроками, заданиями (задачами) и упражнениями из учебника по биологии за 10-11 класс — Сивоглазов Агафонова Захарова. 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; 284; 285; 286; 287; 288; 289; 290; 291; 292; 293; 294; 295; 296; 297; 298; 299; 300; 301; 302; 303; 304; 305; 306; 307; 308; 309; 310; 311; 312; 313; 314; 315; 316; 317; 318; 319; 320; 321; 322; 323; 324; 325; 326; 327; 328; 329; 330; 331; 332; 333; 334; 335; 336; 337; 338; 339; 340; 341; 342; 343; 344; 345; 346; 347; 348; 349; 350; 351; 352; 353; 354; 355; 356; 357; 358; 359; 360; 361; 362; 363; 364; 365; 366; 367; 368; 369; 370; 371; 372; 373; 374; 375; 376; 377; 378; 379; 380; 381; 382; 383; 384
Чтобы читать онлайн или скачать в формате pdf, нажмите ниже.
Учебник — Нажми!
uchebnik-tetrad.com
Читать онлайн книгу Биология. Общая биология. Базовый уровень. 10 класс
Соавторы: Екатерина Захарова,Инна Агафонова
сообщить о нарушении
Текущая страница: 1 (всего у книги 17 страниц) [доступный отрывок для чтения: 10 страниц]
Назад к карточке книги
В. И. Сивоглазов, И. Б. Агафонова, Е. Т. Захарова
Биология. Общая биология. 10 класс. Базовый уровень
Как работать с учебником
Уважаемые старшеклассники!
Вы уже знакомы со многими закономерностями общей биологии. Данный учебник не является простым повторением известного вам материала. Опираясь на ваши знания, мы рассказываем вам новое, одновременно повторяя и углубляя известное ранее.
Весь материал курса общей биологии 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. В учебнике 10 класса мы подробно познакомимся с двумя основными уровнями – клеточным и организменным. Вид и экосистему мы будем изучать в 11 классе.
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 объём. 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, микрофотографии помогут разобраться в новом материале. Понятия и законы, на которые необходимо обратить особое внимание, выделены в тексте курсивом. Прочитайте дополнительный материал, помещённый в рамке. Вопросы для повторения и задания в конце параграфа помогут повторить изученный материал. Рубрика «Подумайте! Выполните!» представляет вопросы и задания поисково – творческого уровня, направленные на достижение личностных и метапредметных результатов.
Материал в рубрике «Узнайте больше» расширяет и углубляет основные базовые знания курса. Рубрика «Повторите и вспомните!» позволит вам связать общебиологические знания с материалом предыдущих курсов биологии, сформировать единое биологическое пространство, где действуют общие законы. Если вы планируете в дальнейшем сдавать единый государственный экзамен, этот материал поможет вам подготовиться и успешно пройти это испытание.
Большую помощь при изучении курса вам окажет электронное приложение. Пользуясь им, вы сможете не только усвоить новое, но и повторить изученный материал, проверить свои знания.
Желаем успехов!
Введение
Биология – наука о жизни. Её название произошло от двух греческих слов: bios (жизнь) и logos (наука, слово). Слово о жизни… Какая наука имеет более глобальное название?.. Изучая биологию, человек познаёт самого себя как индивидуума и как члена определённой популяции, как представителя вида Homo sapiens и как типичного млекопитающего, он может ощутить себя элементом определённой 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 всё 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 её 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 естественно-научную 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 – всё это должно решить одну из основных проблем современности – проблему дефицита пищевых ресурсов.
Незнание или игнорирование законов биологии приводит к тяжёлым 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.
Всё 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 – всё 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 общей биологии, 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 ещё 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 учёбы вы почувствуете, что биология – это наука не об абстрактных понятиях и законах, а о вас, о вашей жизни и о вашем будущем, значит, мы не зря написали эти учебники.
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. Краткая история развития биологии
Вспомните!
Какие достижения современной биологии вам известны?
Каких учёных-биологов вы знаете?
Современная биология уходит корнями в глубокую древность, мы находим её истоки в цивилизациях прошлых тысячелетий: в Древнем Египте, Древней Греции.
Первым учёным, 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 времён 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, наделённым разумом». Многие труды Аристотеля были посвящены происхождению жизни.
Древнеримский учёный 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 своё продолжение в странах Передней и Средней Азии, где жили и творили такие выдающиеся учёные, как Абу Али Ибн Сина (Авиценна) (ок. 980–1037) и Абу Рейхан Мухаммед ибн Ахмет аль-Бируни (973 – ок. 1050). 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 выдающихся 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) «Строение человеческого тела» (рис. 1). 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 ввёл 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 вошёл в историю науки как основатель эмбриологии.
Первым биологом, который попытался создать стройную и целостную теорию эволюции живого мира, стал французский учёный 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 (1810–1882) и ботаника Маттиаса Якоба Шлейдена (1804–1881).
Рис. 1. Титульный лист книги А. Везалия «Строение человеческого тела», напечатанной Иоганном Опорином в 1543 г.
Крупнейшим достижением XIX в. стало эволюционное учение Чарлза Роберта Дарвина (1809–1882), которое имело определяющее значение в формировании современной естественно-научной картины мира (рис. 2).
Основоположником генетики, науки о наследственности и изменчивости, стал Грегор Иоганн Мендель (1822–1884), работы которого настолько опередили своё время, что были не поняты современниками и открыты заново спустя 35 лет.
Одним из основателей современной микробиологии стал немецкий учёный 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 учёных 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 (1866–1945), учение о факторах эволюции Ивана Ивановича Шмальгаузена (1884–1963), учение о биосфере Владимира Ивановича Вернадского (1863–1945), открытие антибиотиков Александром Флемингом (1881–1955), установление структуры ДНК Джеймсом Уотсоном (р. 1928) и Фрэнсисом 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).
Рис. 2. Титульная страница книги Ч. Дарвина «Происхождение видов путём естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» (издание 1859 г.)
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 всё 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. Используя знания, полученные на уроках истории, объясните, почему в Средние века в Европе наступил период застоя во всех областях знаний.
4. Какое изобретение XVII в. дало возможность открыть и описать клетку?
5. Каково значение для биологической науки работ Л. Пастера и И. И. Мечникова?
6. Перечислите основные открытия, сделанные в биологии в XX в.
7. Назовите известные вам естественные науки, составляющие биологию. Какие из них возникли в конце XX в.?
Подумайте! Выполните!
1. Проанализируйте изменения, произошедшие в науке в XVII–XVIII вв. Какие возможности они открыли перед учёными?
2. Как вы понимаете выражение «прикладная биология»?
3. Решение каких проблем человечества зависит от уровня биологических знаний?
4. Проанализируйте материал параграфа. Составьте хронологическую таблицу крупных достижений в области биологии. Какие страны в какие временные периоды были основными «поставщиками» новых идей и открытий? Сделайте вывод о связи между развитием науки и другими характеристиками государства и общества.
5. Приведите примеры современных дисциплин, возникших на стыке биологии и других наук, не упомянутые в параграфе. Что является предметом их изучения? Попробуйте предположить, какие разделы биологии могут возникнуть в будущем.
6. Обобщите информацию о системе биологических наук и представьте её в виде сложной иерархической схемы. Сравните схему, созданную вами, с результатами, которые получились у ваших одноклассников. Одинаковы ли ваши схемы? Если нет, объясните, в чём их принципиальные отличия.
7. Оцените роль биологических знаний в формировании мировоззрения современного человека. Составьте 10–15 тезисов, раскрывающих значимость биологической информации в жизни каждого.
8. Организационный проект. Выберите важное событие в истории биологии, годовщина которого приходится на текущий или следующий год. Разработайте программу вечера (конкурса, викторины), посвящённого этому событию.
Работа с компьютером
Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.
Повторите и вспомните!
Ботаника
В настоящее время ботаническая наука разделилась на ряд самостоятельных, но одновременно взаимосвязанных дисциплин.
Морфология в широком смысле слова – это наука о строении растений, в узком смысле – наука о внешнем их строении. Анатомия исследует внутреннее строение растений. Из анатомии растений выделилась цитология, изучающая строение клетки. С изобретением электронного микроскопа возможности цитологических исследований значительно расширились. Особое значение приобрела эмбриология растений, изучающая ранние стадии развития растительных организмов. Физиология растений исследует процессы, происходящие внутри растительного организма. Палеоботаника изучает ископаемые остатки растений, что позволяет восстановить историю растительного мира. Геоботаника – наука о растительном покрове Земли, распространении и закономерностях размещения растительных сообществ. Часто в состав геоботаники включают географию растений.
В настоящее время активно развиваются прикладные отрасли ботаники: растениеводство, лесное хозяйство, фармакология и парфюмерная промышленность. Велика роль ботаники в увеличении продуктивности культурных растений, в решении мировой продовольственной проблемы. На первый план выходят такие задачи, как рациональное использование и сохранение растительного мира, защита растений от неблагоприятных факторов.
Зоология
Зоология представляет собой сложную науку, состоящую из множества научных дисциплин. Одни из них изучают отдельные группы животных, другие исследуют их строение, развитие, жизнедеятельность.
К первой группе зоологических дисциплин относятся такие науки, как, например, энтомология – наука, изучающая насекомых, арахнология – наука о пауках, малакология – наука о моллюсках, герпетология – наука о земноводных и пресмыкающихся и др. Причём все эти науки объединяются в два раздела: зоология позвоночных, изучающая всего один тип – хордовых, и зоология беспозвоночных, исследующая все остальные типы животных. Такое разделение в зоологии возникло ещё во времена Аристотеля и утвердилось при жизни Жана Батиста Ламарка.
Вторая группа зоологических дисциплин не менее разнообразна. Морфология и анатомия изучают внешнее и внутреннее строение животных, гистология исследует ткани, а объектом цитологии являются отдельные клетки. Физиология изучает жизнедеятельность животных. Эмбриология исследует индивидуальное развитие. Этология – это наука о поведении животных. Палеозоология – наука об ископаемых животных, она изучает их строение, геологическое распространение, историческое развитие, происхождение, взаимоотношения с современными организмами.
В середине XX в. в зоологию начали активно проникать методы и идеи других естественных наук. На границах смежных дисциплин возникали новые биологические направления, например биохимия животных изучает химические процессы, протекающие в животном организме.
Многие современные науки, такие как генетика, молекулярная биология, экология, решают свои актуальные задачи, используя для исследования животных. Тесно связана с практической деятельностью человека прикладная зоология, которая включает сельскохозяйственную, лесную, медицинскую зоологию, паразитологию и другие разделы.
Науки о человеке
Зачатки научных знаний о человеке возникли в недрах античной философии. Постепенно, в течение тысячелетий, накопленные знания о различных сторонах человеческого существования складывались в целостную систему общественных, гуманитарных, естественных и технических наук. Среди них одно из самых древних и почётных мест по праву занимает медицина.
Медицина – область науки и практическая деятельность, направленная на сохранение и укрепление здоровья. В медицине выделяют теоретическую и практическую, или клиническую, медицину. Теоретическая медицина изучает организм человека, его строение и работу в норме и при патологиях, заболевания и нарушения состояния, методы их диагностики, коррекции и лечения с теоретической точки зрения. Практическая медицина (медицинская практика) – это применение всех накопленных медицинской наукой знаний для лечения и профилактики заболеваний и патологических состояний человеческого организма.
Анатомия – это наука о строении организма, его систем и органов. Анатомия рассматривает строение тела человека в разные периоды жизни, начиная с эмбрионального развития и до старческого возраста, изучает половые и индивидуальные особенности организма.
Физиология – это наука о функциях организма, его органов и систем, о процессах, протекающих в организме, и о способах их регуляции.
Психология изучает поведение человека, закономерности и механизмы психических процессов.
Гигиена – это один из наиболее древних разделов медицины. Она изучает влияние окружающей среды, условий жизни и труда на организм человека.
Назад к карточке книги «Биология. Общая биология. Базовый уровень. 10 класс»
itexts.net
