Презентация "Биология - наука о живом" (10 класс) – проект, доклад

Биология

Предбиологические структуры, представляющие собой гигантские органические молекулы, - предел химической эволюции вещества. Принципиально иной уровень сложности в организации материи по сравнению с атомарно-молекулярным – живая материя. Живая природа (коротко - жизнь) является предметом изучения биологии.

Живая природа

Макроскопичность - любой живой организм, начиная с бактерии, состоит из большого числа атомов. Гетерогенность - организм содержит одновременно совокупность множества взаимодействующих элементов, обеспечивающие разнообразные биохимические процессы. Все живые организмы имеют сходный химический состав (97% состава определяются шестью органогенами: кислород, углерод, водород, азот, сера, фосфор).

Живые организмы характеризуются сложной упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах. Живая система обладает дискретностью, т.е. состоит из отдельных элементов, взаимодействующих между собой. Система обладает свойствами, отсутствующими у ее элементов. В то же время живой системе присуще свойство целостности – все ее элементы функционируют только благодаря функционированию всей системы в целом.

Живые организмы активно реагирую на окружающую среду. Раздражимость - реакции на воздействие извне. Живые организмы способны приспосабливаться к среде обитания и образу жизни. Живые организмы способны не только изменяться, но и усложняться. Живые организмы получают энергию из окружающей среды, используя ее на поддержание своей высокой упорядоченности. Живые системы существуют конечное время. Свойство самовоспроизведения сохраняет биологический вид. С другой стороны, конечность жизни живых систем создает условия для их эволюции .

Согласно определению живого, данному академиком М.В.Волькенштейном жизнь есть свойство существования макроскопических гетерогенных открытых сильно неравновесных систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению.

Наука о живом: о строении живой материи и процессах с ее участием, о формах и развитии живого, о распространенности живых организмов и их природных сообществ, о взаимосвязях живой и неживой природы.

Три концептуальных уровня биологического знания: Описательно-натуралистическая (традиционная) биология (Карл Линней). Метод – тщательное наблюдение и описание явлений природы, главная задача – их классификация. Физико-химическая биология (экспериментальная) исследует молекулярный уровень живого с использованием методов рентгено-структурного анализа, электронной спектроскопии и др. Эволюционная биология (Чарльз Дарвин) имеет задачей последовательное развитие представлений об увеличении многообразия и сложности живого, включая изучение механизмов эволюции и научное решение проблемы происхождения жизни.

Жизни как природному явлению присуща своя иерархия уровней организации. Концепция структурных уровней живого включает представления о соподчиненности структурных уровней, системности, органической целостности живых организмов.

Молекулярно-генетический уровень

Исследует переход от атомно-молекулярного уровня неживой материи к макромолекулам живого. Биохимической основой этого уровня являются белки. Белки- органические соединения входящие в состав всех живых организмов. Белки являются биополимерными макромолекулами, состоящими из большого числа повторяющихся и сходных по составу низкомолекулярных соединений (мономеров). В состав белка входит 20 аминокислот (мономеров), различные сочетания и перестановки которых обеспечивают множество вариантов.

Характерным свойством аминокислот, содержащихся в живых системах, является способность поворачивать влево плоскость поляризации светового луча. Свойством живой материи является ее молекулярная асимметрия (хиральность). При исследованиях на молекулярном уровне отличий живое от неживого наиболее важным было выделение из ядра клетки веществ, обладающих свойствами кислот, и названными нуклеиновыми кислотами.

РНК - рибонуклеиновая кислота, ДНК -дизоксирибонуклеиновая кислота. ДНК обладает способностью сохранять и передавать наследственную информацию организмов. Нуклеиновые кислоты представляют собой полимеры, построенные из нуклеотидов, которые состоят из нуклеотидных оснований, углевода и фосфорной кислоты. Нуклеотидные основания: аденин (А), гуанин (G), цитозин (С) и тимин (Т) ( в РНК – урацил).

Информационное содержание обеих цепей ДНК идентично, т.к. каждая из них содержит последовательность нуклеотидов, строго соответствующую последовательности другой цепи (цепи комплиментарны). Соответствие достигается благодаря наличию водородных связей между направленными навстречу друг другу основаниями двух цепей – G и С или А и Т. Удвоение (репликация) ДНК происходит вследствие того, что цепи расходятся, а потом каждая цепь служит основой, на которой собирается комплиментарная ей новая цепь ДНК. В результате образуются две дочерние двуспиральные, не отличимые по строению от родительской ДНК молекулы.

Клеточный уровень

Любой организм состоит из клеток (в простейшем случае – из одной клетки). Клетка является мельчайшей элементарной живой системой и служит первоосновой строения, жизнедеятель-ности и размножения всех организмов. Клетка является простейшей системой, обладающей всем комплексом свойств живого. Клетки обладают разнообразием форм, размеров, функций.

Клеточная теория была создана в 1838-1839 гг. немецкими учеными Теодором Шванном и Матиасом Шлейденом: Все растительные и животные организмы состоят из клеток. Все клетки осуществляют обмен веществ, способны к саморегуляции и могут передавать наследственную информацию. Жизненный цикл любой клетки завершается или делением, или гибелью. Срок жизни клеток может не превышать несколько дней, а может совпадать со сроком жизни организма.

Клетки существуют как самостоятельные организ-мы (простейшие, бактерии) и в составе многоклеточных организ-мов, в которых имеются клетки, различные по строению и функциям. Размеры клеток варьиру-ются в пределах от 0.1 мкм до 155 мм (яйцо страуса). Живой организм может содержать миллиарды разнообразных клеток.

Клетки имеют сложную структуру, они обособлены от внешней среды оболочкой, обеспечивающей обмен с внешним миром. Метаболизм служит основой сохранения стабильности внутренней среды – гомеостаз. Клетки, не содержащие ядра - прокариоты, исторически являются предшественниками клеток, имеющих ядра - эукариотов. К миру живого относятся также вирусы – мельчайшие неклеточные организмы, размером от 20 до 300 нм (примерно в 50 раз мельче бактерий), которые находятся на границе между живой и неживой материей. Не имея клеточной структуры, они способны ее воспроизводить, внедряясь в среду чужих клеток.

В клетке различают две основных части: ядро и цитоплазму. В ядре, окруженном мембраной, содержится большая часть ДНК. В цитоплазме содержатся различные органеллы, которые обладают характерной структурой. Типичный диаметр как растительных, так и животных клеток – 10-20 мкм. Диаметр ядра обычной клетки – 5 мкм. За исключением того периода, когда клетка делится, ядро плотно и почти равномерно заполнено ДНК. Ядерное вещество получило название хроматин. Во время деления хроматин организуется в отдельные хромасомы, которые помимо ДНК(15%) содержат РНК(10%) и белок (75%).

Структурные уровни живого

Органно-тканевый уровень. Совокупность однотипных клеток образуют живую ткань, из которой состоят различные органы живых существ. Организменный (онтогенетичнеский) уровень. Система совместно функционирующих органов образуют организм. На этом уровне проявляется большое разнообразие живых систем. Отражает признаки отдельных особей, их строение, физиологию, поведение.

Популяционно-видовой уровень образован совокупностью видов и популяций живых систем. Популяция – это совокупность организмов одного вида, обладающих единым генофондом (совокупностью генов), занимающих определенную территорию. Вид состоит обычно из нескольких популяций. На этом уровне реализуется биологический эволюционный процесс.

Биоценотический уровень образован биоценозами – исторически сложившимися устойчивыми сообществами популяций, связанными друг с другом и с окружающей средой обменом веществ (экосистема). Биосферный уровень представляет собой совокупность биоценозов, которая образует биосферу Земли. Человек формирует еще один структурный уровень материального мира – социум.

Молекулярный уровень изучается молекулярной биологией и генетикой, клеточный уровень –цитологией, микробиологией, анатомия и физиология изучают жизнь на тканевом и организменном уровнях, зоология и ботаника – на организменном и популяционно-видовом уровнях, экология рассматривает биоценотический и биосферный уровни.

Концепция структурных уровней дает возможность расположить в иерархическом порядке, при котором каждый предыдущий уровень входит в последующий, образуя единое целое живой системы. Представление уровней организации органично сочетается с целостностью организма. Критерием выделения основных уровней выступают специфичные дискретные структуры и фундаментальные биологические взаимодействия. На каждом уровне выделяют элементарную единицу и элементарные явления.

Элементарная единица - это структура, закономерное изменение которой, приводит к элементарному явлению. Элементарной единицей является на молекулярно - генетическом уровне ген, на клеточном уровне – клетка, на организменном уровне - особь, на популяционном уровне - совокупность особей одного вида - популяция. Совокупность элементарных единиц и явлений на соответствующем уровне отражает содержание эволюционного процесса.

Переход от одного уровня к другому происходит скачкообразно, дискретно. Такие переходы в физическом представлении есть неравновесные фазовые переходы, которым в синергетике соответствуют бифуркации (гибель живого организма можно рассматривать как фазовый переход «жизнь - не жизнь»). Согласно принципу дополнительности Бора познание жизни и сама жизнь несовместимы!