| Эврифаги | Экологически пластичные |
| Стенофаги | Чутко реагируют на изменение концентрации солей |
| Эврибионтные | Виды с узкими пищевыми пристрастиями |
| Стенобионтные | Слабо реагируют на изменение освещенности |
| Эвритермные | Маловыносливые, с узкой зоной оптимума для многих факторов |
| Стенотермные | Живущие в узких температурных границах |
| Эврифотные | Резко реагируют на изменение освещенности |
| Стенофотные | Малочувствительны к концентрации солей |
| Эвригалинные | Устойчивы к изменению температуры, с широкой зоной оптимума |
| Стеногалинные | Всеядные виды |
7. Сформулируйте общие законы зависимости организма от факторов среды:
Закон минимума;
Закон толерантности;
Закон лимитирующего фактора.
8. Существует русская поговорка «Каши маслом не испортишь», которую применяют и к некоторым хозяйственным делам. Противоречит ли это перечисленным выше законам? Почему?
9. Почему медицинские инструменты стерилизуют кипячением в автоклавах под давлением, а не промораживанием?
ЗАДАЧА 5
ЗАДАНИЕ : Ответить на вопросы «Виды воздействия на природную среду».
Общие сведения
Человек начал изменять природные комплексы уже на первобытной стадии развития цивилизации, в период охоты и собирательства, когда стал пользоваться огнем. Одомашнивание диких животных и развитие земледелия расширили территорию проявления последствий человеческой деятельности. По мере развития промышленности и замены мускульной силы энергией топлива интенсивность антропогенного влияния продолжала возрастать. В XX в. вследствие особенно быстрых темпов роста населения и его потребностей оно достигло небывалого уровня и распространилось на весь мир.
Воздействие человека на любой компонент природной среды приводит к многоуровневой цепной реакции: воздействие на один компонент биогеоценоза передается на другие ее компоненты, в целом влияя на ее функционирование, а изменения в этом биогеоценозе приводят к трансформации граничащих с ним биогеоценозах, которые, в свою очередь, провоцируют перестройки у следующих.
Существует четыре основных типа влияния человека на природную среду:
1) изъятие человеком из природной среды различных ресурсов;
2) насыщение природной среды чужеродными для нее веществами;
3) внедрение в природные комплексы искусственных элементов или сооружений;
4) трансформация природных систем или процессов.
Влияние человечества на окружающую его среду, но не обязательно прямое, называется антропогенное воздействие .
Виды воздействия человека на окружающую среду.
1. Конструктивные – этовосстановление и улучшение окружающей среды.
2. Деструктивные – эторазрушение и загрязнение окружающей среды. Данный вид воздействия бывает:
а) неосознанным (охота, вырубка и выжигание лесов древним человеком (например, Сахара вместо леса);
б) осознанным (хищническое).
К видам негативного воздействия на окружающую среду относятся:
Выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ и иных веществ;
Сбросы загрязняющих веществ, иных веществ и микроорганизмов в поверхностные водные объекты, подземные водные объекты и на водосборные площади;
Загрязнение недр, почв;
Размещение отходов производства и потребления;
Загрязнение окружающей среды шумом, теплом, электромагнитными, ионизирующими и другими видами физических воздействий;
Иные виды негативного воздействия на окружающую среду.
3. Амфиструктивное – этосмешанное влияние человека на окружающую среду. Ему предшествует осознание экологической угрозы конкретному ландшафту – полю, лесу, пляжу, зеленому наряду городов. Действия направляются на замедление деструкции (разрушения). Например, вытаптывание пригородных лесопарков, уничтожение подроста цветущих растений можно ослабить, разбивая дорожки, образуя места для короткого отдыха. В сельскохозяйственных зонах проводят почвозащитные мероприятия. На городских улицах высаживают и высеивают растения, устойчивые к действию транспортных и промышленных выбросов.
Практическая часть
1. Охарактеризуйте экологическую ситуацию в Хабаровском крае или в районе Вашего проживания. Выделите наиболее острые экологические проблемы
2. Предложите первоочередные, на Ваш взгляд, мероприятия по охране окружающей среды в Хабаровском крае или в районе Вашего проживания.
3. Установите соответствие и составьте цепочки причинно-следственных связей (табл. 16).
Таблица 16
Задание на соответствие
4. Перечислите виды физического (параметрического) загрязнения и приведите источники возникновения и возможные последствия (табл. 17).
Таблица 17
Виды параметрического загрязнения
5. Расположите вещества по убыванию их токсичности:
Диоксид азота;
Оксид углерода;
Бензапирен;
Диоксины;
Диоксид серы;
6. Приведите примеры конструктивного, деструктивного, амфиструктивного воздействия человека на природную среду (табл. 18).
Таблица 18
Виды воздействия человека на природную среду
| Вид воздействия | Примеры |
7. Американский ученый Б. Коммонер предложил систему «Законов экологии»:
1. Все связано со всем
2. Все должно куда-то деваться
3. Ничто не дается даром
4. Природа знает лучше
Приведите примеры, подтверждающие справедливость этих законов.
8. Предложите варианты участия общественности в решении экологических проблем
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ
1. Взаимодействие природы и общества. Виды взаимодействия
2. Признаки экологического кризиса
3. Причины экологического кризиса
4. Зоны чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия
5. Охрана биосферы: определение, охрана как ресурса и среды обитания
6. Определение, содержание и предмет экологии
7. Спектр уровней организации живых организмов
8. Классификация экологии
9. Главные и стратегические задачи экологии
10. Задачи экологии в общетеоретическом плане
11. Прикладные задачи экологии
12. Системные законы макроэкологии (Постулаты Коммонера) и следствия из них
13. Биосфера: определение, границы, состав вещества
14. Структура биосферы
15. Состав живого вещества. «Закон бережливости»
16. Функции живого вещества
17. Биогеохимические принципы Вернадского. Закон константности живого вещества
18. Этапы эволюции биосферы с точки зрения формирования сред жизни
19. Классификация живых организмов
20. Экологические факторы: определение, классификация
21. Классификация абиотических экологических факторов
22. Законы действия экологических факторов: минимума, толерантности, лимитирующего фактора. Правила равнозначности условий жизни, соответствия условий жизни генетической предопределенности организма, взаимодействия факторов
23. Определения толерантности, экологической валентности, стено- и эврибионтных организмов, лимитирующего фактора
24. Компенсация экологических факторов
25. Экологическая ниша. Понятие о потенциальной и реализованной экологической нише
26. Адаптации: определение, виды, закономерности
27. Особенности факторов наземно-воздушной среды
28. Свет как экологический фактор, пути адаптации к нему живых организмов
29. Экологические группы растений по отношению к свету
30. Температура как экологический фактор. Значение температуры. Правило Вант-Гоффа
31. Пойкило- и гомойотермные организмы. Преимущества пойкило – и гоиойотермии.
32. Температурные адаптации растений и животных
33. Влажность как экологический фактор. Значение воды. Показатели влажности
34. Воздух как экологический фактор
35. Огонь как экологический фактор
36. Орографические экологические факторы
37. Особенности водной среды обитания
38. Почва как среда жизни. Особенности почвы как среды обитания
39. Почвенные факторы
40. Живые организмы как среда обитания
41. Определение популяций, структура, показатели
42. Динамика численности популяции
43. Экологические стратегии выживания популяций
44. Регуляция плотности популяции
45. Биоценозы: определение, особенности
46. Видовая структура биоценозов
47. Пространственная структура биоценозов
48. Отношения организмов в биоценозе. Типы взаимодействию живых организмов
49. Виды взаимодействия живых организмов (биотические экологические факторы)
50. Выводы по взаимодействию живых организмов
51. Экосистема: определение, признаки, свойства, состав
52. Типы экосистем (наземных, морских, пресноводных)
53. Биотическая структура экосистем
54. Энергия в экосистемах
55. Трофические цепи и трофические уровни. Правило 10%. Экологические пирамиды
56. Продуктивность экосистем. Составьте схему потока энергии в экосистеме. Правило 1%.
57. Динамика экосистем
58. Сравнительная характеристика биомов
59. Большой (геологический) круговорот
60. Малый круговорот. Биогеохимические циклы
61. Круговорот воды
62. Круговорот углерода. Причины его нарушения
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
| № п/п | Авторы, составители | Заглавие | Изд-во, год | Кол-во |
| 1. Основная литература | ||||
| 1.1 | Николайкин Н. И., Николайкина Н. Е., Мелехова О. П. | Экология: учеб. для вузов (техн. направ.). – 8-е изд., перераб. и доп. | Academia, 2012 | |
| 1.2 | Коробкин В. И., Передельский Л. В. | Экология: учебник для студ. бакалаврской ступени многоуровневого высш. проф. образования: учебник для вузов. – 17-е изд., доп. и перераб. | Феникс, 2012 | |
| 1.3 | Колесников С. И. | Экология: учеб. пособие для вузов (направ. «География», «Экология и природопользование»). – 3-е изд. | Академцентр, 2008 | |
| 2. Дополнительная литература | ||||
| 2.1 | Горелов А. А. | Основы экологии: учебник для вузов (направ. «Педагог. образование» профиль «Биология»). – 4-е изд., перераб. | Academia, 2013 | |
| 2.2 | Ажгиревич А. И., Грачев В. А., Гутенев В. В., Денисов В. В., Денисова И. А., Дрововозова Т. И., Лозановская И. Н., Луганская И. А., Москаленко А. П., Хорунжий Б. И. | Экология: учебное пособие для вузов / под ред. В.В. Денисова. – 3-е изд., испр. и доп. | МарТ, 2006 | |
| 2.3 | Маврищев В. В. | Основы экологии: учебник для вузов (спец. небиолог.). – 3-е изд., испр. и доп. | Вышэйшая школа, 2007 | |
| 2.4 | Денисов В. В., Грачев В. А., Азаров В. Н., Бондаренко В. Л., Гутенев В. В. [и др.] | Экология: учеб. пособие для вузов. – 4-е изд., испр. и доп. | МарТ, 2009 |
Окончание табл. 16
| № п/п | Авторы, составители | Заглавие | Изд-во, год | Кол-во | |
| 2.5 | Христофорова Н. К. | Основы экологии: учебник для вузов. – 3-е изд., доп. | Магистр, 2014 | ||
| 2.6 | Валова, В. Д. (Копылова) | Основы экологии: учебное пособие для вузов. – 5-е изд., перераб. и доп. | Дашков и К°, 2005 | ||
| 2.7 | Шилов И. А. | Экология: учебник для вузов (спец. биолог. и мед.). – 7-е изд., стер. | Юрайт, 2012 | ||
| 2.8 | Экология и экономика природопользования: учеб. для вузов (спец. экон.) / под ред. Э.В. Гирусова. – 3-е изд., перераб. и доп. | ЮНИТИ, 2007 | |||
| 2.9 | Ручин А. Б. | Экология популяций и сообществ: учеб. для вузов (спец.020803 «Биоэкология», направ. и спец. 020201 «Биология»). | Academia, 2006 | ||
| 2.10 | Стадницкий Г. В. | Экология: учебник для вузов (спец. химико-технолог. и техн.). – 9-е изд., перераб. и доп. | Химиздат, 2007 | ||
| 2.11 | Маврищев В. В. | Общая экология. Курс лекций. – 3-е изд., стер. | ИНФРА-М, 2011 | ||
| 2.12 | Большаков В. Н. | Экология: учебник для вузов (техн. спец.) / под ред.: Г.В. Тягунова, Ю.Г. Ярошенко. | КноРус, 2012 | ||
| 2.13 | Розанов С. И. | Общая экология: учебник для вузов (дисциплина «Экология» направ. и спец. техн.). – 6-е изд., стер. | Лань, 2005 | ||
| 2.14 | Экология: учебное пособие для вузов (спец. агроном.) / под ред. Ю.И. Житина. | Академический проект, 2008 | |||
| 2.15 | Бродский А. К. | Общая экология: учебник для вузов (направ. подгот. бакалавров, магистров «Биология» спец. «Биоэкология» направ. «Экология и природопол.»). – 5-е изд., перераб. и доп. | Academia, 2010. | ||
| 2.16 | Ситаров В. А., Пустовойтов В. В. | Социальная экология: учебник для бакалавров: учебник для вузов (пед.). – 2-е изд., перераб. и доп. | Юрайт, 2013 | ||
| 3. Электронные образовательные ресурсы | |||||
| 3.1 | http://znanium.com | ||||
| 3.2 | http://e.lanbook.com/ | ||||
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
Автотрофы – организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ – СО 2 и воды посредством фотосинтеза и хемосинтеза.
Адаптация – 1) – совокупность особенностей биологического вида, обеспечивающая возможность специфического образа жизни особей в определенных условиях; 2) – приспособление организма к новым условиям внешней среды; 3) – эволюционно возникшее приспособление организмов к условиям среды, выражающееся в изменении их внешних и внутренних особенностей; 4) – любое приспособление органа, функции или организма к изменяющимся условиям среды; 5) – совокупность реакций живой системы, поддерживающих ее функциональную устойчивость при изменении условий окружающей среды.
Акклиматизация – 1) – комплекс мероприятий по вселению вида в новые места обитания, проводимый в целях обогащения естественных или искусственных сообществ полезными для человека организмами; 2) – приспособление вида к новым условиям существования, в которые он попал с искусственным его переселением; 3) – процесс адаптации к существованию в новых условиях, заключающийся в образовании генетически специфичной популяции перемещенного вида в недрах местного биоценоза и преобразовании в результате этого структуры биологического сообщества.
Аллелопатия – взаимное влияние растений друг на друга через среду путем выделения в нее продуктов обмена.
Аменсализм – форма взаимодействия между популяциями, при которой одна из них подавляет другую без извлечения пользы для себя и без обратного отрицательного воздействия со стороны подавляемой.
Ареал – поверхность суши или моря, в пределах которой распространен тот или иной вид растений или животных.
Аутэкология (от англ. аут – вне) – раздел экологии, рассматривающий взаимоотношение отдельного организма (вида) с окружающей средой.
Биогенные вещества (биогены ) – 1) вещества, в том числе химические элементы, необходимые для существования живых организмов; 2) вещества, синтезируемые организмом в ходе жизнедеятельности; 3) вещества, возникшие в результате разложения остатков организмов, но не полностью минерализованные; 4) вещества, наиболее активно участвующие в жизнедеятельности водных организмов (ГОСТ 17 403-72). К ним относятся минеральные соединения азота, фосфора, кремния, железа и соединения некоторых микроэлементов.
Биогеохимические циклы – биогеохимический круговорот веществ, обмен веществом и энергией между различными компонентами биосферы, обусловленный жизнедеятельностью организмов и носящий циклический характер. Все биогеохимические циклы взаимосвязаны и составляют динамическую основу существования жизни. Потоки энергии Солнца и деятельность живого вещества служат движущими силами биогеохимических циклов, что приводит к перемещению химических элементов.
Биогеохимические круговороты – переход питательных элементов от неживой природы (из запасов атмосферы, гидросферы и земной коры) к живым организмам и обратно в неживую среду. Эти круговороты обусловлены прямым или косвенным воздействием солнечной энергии и включают круговороты С, N, P, S, H 2 O и всех иных элементов.
Биогеоценоз – эволюционно сложившаяся, относительно пространственно ограниченная, природная система функционально взаимосвязанных живых организмов и окружающей их абиотической среды, характеризующаяся определённым энергетическим состоянием, типом и скоростью обмена веществом и информацией; элементарная экосистема и геосистема.
Биологические ритмы – периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений.
Биологическое разнообразие – разнообразие живых организмов, а также экосистем и экологических процессов, звеньями которых они являются. Может быть разделено на три категории: генетическое разнообразие, разнообразие видов и разнообразие экосистем.
Биом – (от греч. bios – жизнь и лат. оma – окончание, совокупность) – совокупность различных групп организмов и среды их обитания в определенной ландшафтно-географической зоне, например, в тундре, хвойных лесах, аридной зоне. Например, биом влажных тропических лесов.
Биомасса – суммарная масса особей вида, группы видов или сообщества организмов, выражаемая обычно в единицах массы сухого или сырого вещества, отнесенных к единицам площади или объема любого местообитания (кг/га, г/м 3 , кг/м 3 и др.)
Биоразнообразие – это разнообразие живых организмов во всех областях их существования: наземных, морских и других водных экосистем и сообществ организмов; это разнообразие видов, разнообразие внутри видов, разнообразие сообществ, организмов и экосистем.
Биосфера (от гр. биос – жизнь + сфаире – шар) – оболочка Земли, состав, энергетика и организация которой обуславливаются взаимодействием ее биотического и абиотического компонентов. Биосфера включает организмы (около 3 млн видов), их остатки, зоны атмосферы, гидросферы и литосферы, населенные и видоизмененные этими организмами.
Биота (греч. biote – жизнь) – исторически сложившаяся совокупность живых организмов, объединенных общей областью распространения, обитающих на какой-то крупной территории, изолированной любыми (напр., биогеографическими) барьерами. В отличие от биоценоза в состав биоты входят виды, которые могут и не иметь экологических связей друг с другом.
Биотоп (от гр. биос – жизнь + топос – место) 1) – участок среды обитания биоценоза, характеризующийся относительно однородными условиями; 2) – синоним «местообитания вида».
Биоценоз (от гр. биос – жизнь + коинос – общий) – 1) – системная совокупность живого, характеризующаяся определенным балансом между живыми экологическими компонентами (продуцентами, консументами и редуцентами); 2) – любое сообщество взаимосвязанных организмов, живущих на каком-либо участке суши или водоема (биотоп).
Бонитет (от лат. бонитас – доброкачественность) – условный показатель (балл), применяемый для оценки природных ресурсов и сравнительной характеристики земельных угодий, почв, леса, животного мира, природного территориального комплекса и т.п.
Валентность экологическая – степень выносливости, или характеристика способности живых организмов существовать в разнообразных условиях среды.
Вид – это совокупность всех особей, обладающих одинаковыми наследственными морфологическими и физиологическими признаками, способных скрещиваться между собой и давать нормальное плодовитое потомство, имеющих одинаковый геном, одинаковое происхождение, занимающих определенный ареал и способных к условиям существования в нем.
Гетеротрофы (питающиеся другими) – организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности. В отличие от автотрофов-продуцентов гетеротрофы выступают как потребители и деструкторы (разрушители) органических веществ.
Гомеостаз (от гр. хомоиос – подобный + стасис – состояние) 1) – способность организма или системы организмов поддерживать устойчивое (динамическое) равновесие в изменяющихся условиях среды; 2) – состояние внутреннего динамического равновесия природной системы, поддерживаемое регулярным возобновлением ее основных структур, вещественно-энергетического состава и постоянно необходимое для всех природных систем – от космических до организма и атома; 3) – совокупность сложных приспособительных реакций организма животного и человека, направленных на устранение или максимальное ограничение действия различных факторов внешней или внутренней среды, нарушающих относительное динамическое постоянство внутренней среды организма (например, постоянство температуры тела, кровяного давления, содержания глюкозы в крови и др.).
Демэкология (от греч. демос – народ и экология) – популяционная экология, наука о популяциях и их взаимоотношениях со средой.
Детрит (от лат. detritus – истертый) – мелкие органические частицы (остатки разложившихся животных, растений и грибов вместе с содержащимися в них бактериями), осевшие на дно водоема или взвешенные в толще воды.
Детритофаги (от лат. detritus – истертый и греч. phagos – пожирающий) – водные и сухопутные животные, питающиеся детритом вместе с содержащимися в нем микроорганизмами.
Детритофаги – организмы, питающиеся мертвым органическим веществом.
Доминант – вид, количественно преобладающий в данном сообществе, как правило, в сравнении с близкими формами или во всяком случаи входящими в один уровень экологической пирамиды или ярус растительности.
Живое вещество – совокупность всех живых организмов, численно выраженное в элементарном химическом составе, весе, энергии; связанных с окружающей средой биогенным током атомов, дыханием, питанием и размножением.
Загрязнение – привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических, биологических факторов, приводящих к превышению в рассматриваемое время естественного среднемноголетнего уровня концентраций перечисленных агентов в среде, и, как следствие, к негативным воздействиям на людей и окружающую среду. В наиболее общем виде загрязнение – всё то, что не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, что выводит её системы из состояния равновесия, отличается от обычно наблюдаемой нормы и/или желательного для человека.
Заказник – участок, в пределах которого (постоянно или временно) запрещены отдельные виды и формы хозяйственной деятельности для обеспечения охраны одного или многих видов живых существ, биогеоценозов, одного или нескольких экологических компонентов или общего характера охраняемой местности.
Заповедник – особо охраняемая законом территория или акватория, нацело исключённая из любой хозяйственной деятельности (в том числе посещения людьми) ради сохранения в нетронутом виде природных комплексов (эталонов природы), охраны видов живого и слежения за природными процессами.
Заповедник биосферный – репрезентативная ландшафтная единица, выделяемая в соответствии с программой ЮНЕСКО «Человек и биосфера» с целью её сохранения, исследования (и/или мониторинга). Может включать абсолютно не тронутые хозяйственной деятельностью или мало изменённые экосистемы, нередко окружённые эксплуатируемыми землями. Как исключение допускается выделения территорий древнего освоения. Особо подчеркивается репрезентативность (представительность, характерность, а не уникальность) этих территорий.
Зоофаг – организм, питающийся животными, плотоядный вид.
Интродукция – преднамеренный или случайный перенос особей какого-либо вида живого за пределы ареала.
Канцероген – вещество или физический агент, способствующие развитию злокачественных новообразований или их возникновению.
Качество окружающей среды – состояние окружающей среды, которое характеризуется физическими, химическими, биологическими и иными показателями и (или) их совокупностью.
Климакс – «заключительная» фаза биогеоценотической сукцессии, или «финальная» сукцессионная стадия развития биогеоценозов для данных условий существования (в том числе антропогенных, напр., «пожарный климакс»).
Комменсализм (от лат. комменсал – сотрапезник) – форма взаимодействия между видами, когда один питается за счет другого, не нанося ему никакого вреда.
Конкуренция (от лат. конкуррере – соперничество) – любое антагонистическое отношение, связанное с борьбой за существование, за доминирование, за пищу, пространство и другие ресурсы между организмами (видами), нуждающимися в одних и тех же ресурсах.
Консорция – совокупность разнородных организмов, тесно связанных между собой и зависящих от центрального члена, ядра сообщества (индивидуальная консорция: ядро – одна особь; популяционная консорция: ядро – популяция или вид в целом; синузиальная консорция: ядро – виды, составляющие одну экобиоморфу, напр., мезофильные тёмнохвойные деревья). В роли центрального члена К. обычно выступает вид-эдификатор.
Консумент первичный (первого порядка) – организм, питающийся растительной пищей.
Консумент вторичный (второго порядка) – организм, питающийся животной пищей.
Красная книга – список редких и находящихся под угрозой исчезновения организмов; аннотированный перечень видов и подвидов с указанием современного и прошлого распространения, численности и причин ее сокращения, особенностей воспроизводства, уже принятых и необходимых мер охраны видов.
Кривая выживания – график, показывающий число особей вида, выживших к определённому промежутку времени. Строится отложением на абсцисс времени в годах или в процентах средней (отклонение регистрируемого возраста от средней продолжительности жизни) либо абсолютной продолжительности жизни, а по оси ординат – числа выживших особей на 1 тыс. рождённых.
Кризис экологический – 1) – напряженное состояние взаимоотношений между человечеством и природой, характеризующееся несоответствием развития производительных сил и производственных отношений в человеческом обществе ресурсно-экологическим возможностям биосферы; 2) – фазы развития биосферы, на которых происходит качественное обновление живого вещества (вымирание одних видов и возникновение других).
Ксенобиотик (от греч. xenos – чужой) – любое чужеродное для данного организма или их сообщества вещество (пестициды, препараты бытовой химии и др. загрязнители), могущее вызвать нарушение биотических процессов, в том числе заболевание и гибель живых организмов.
Лимитирующий фактор – экологический фактор, наиболее отклоняющийся от оптимального значения и ограничивающий жизнедеятельность организма, популяции или экосистемы.
Местообитание – участок суши или водоема, занятый частью популяции особей одного вида и обладающий всеми необходимыми для их существования условиями (климат, рельеф, почва, пища и др.).
Местообитание вида – совокупность отвечающих его экологическим требованиям участков в пределах видового ареала.
Метаболизм – (от греч. metabole) – совокупность биохимических реакций и превращений веществ и энергии в клетках живых организмов, сопровождающихся обменом веществ между организмом и средой.
Мониторинг (от лат. монитор – предупреждающий, напоминающий, надзирающий) – система контроля, включающая наблюдение, оценку и прогноз состояния какого-либо объекта или явления.
Морфометрические параметры (морфопараметры) – измеряемые параметры (например, высота растений, см; длина листа, см; количество цветков, шт. и др.).
Мутуализм – 1) форма симбиоза, при которой каждый из сожителей получает относительно равную пользу; 2) форма совместного существования организмов, при которой партнеры или один из них не могут (не может) существовать друг без друга (без сожителя). Например, термиты и некоторые микроорганизмы их кишечника, превращающие целлюлозу древесины в усвояемые вещества; в желудке и кишечнике человека обитает 400–500 видов микроорганизмов, без многих из которых человек обойтись не может.
Нейтрализм (от лат. неутралис – ни тот, ни другой) – сожительство двух популяций живых организмов, когда ни одна из них не испытывает влияния другой.
Ниша экологическая – место вида в природе, включающее не только положение вида в пространстве, но функциональную роль его в сообществе (напр., трофический статус) и его положение относительно абиотических условий существования (температура, влажности и т. п.). Если местообитание – это как бы «адрес» организма, то ниша экологическая – это его «профессия».
Ноосфера (от греч. nöos – разум и spbaire – шар) – букв. «мыслящая оболочка», сфера разума, высшая стадия эволюции биосферы, связанная с возникновением и развитием в ней человечества. Становление ноосферы предполагает, что человеческая деятельность в различных сферах основывается на всестороннем научном познании природной и социальной деятельности, что будет достигнуто политическое единство человечества, исключены войны из жизни общества, а основу культур всех народов, населяющих Землю, будут составлять экогуманистические ценности и идеалы.
Онтогенез – индивидуальное развитие особи от рождения до смерти.
Особо охраняемые природные территории (ООПТ) – участки земли, водной поверхности и воздушного пространства над ними, где располагаются природные комплексы и объекты, которые имеют особое природоохранное, научное, культурное, эстетическое, рекреационное и оздоровительное значение, которые изъяты решениями органов государственной власти полностью или частично из хозяйственного использования и для которых установлен особый режим охраны.
Охрана окружающей среды – деятельность органов государственной власти Российской Федерации, органов государственной власти субъектов Российской Федерации, органов местного самоуправления, общественных объединений и некоммерческих организаций, юридических и физических лиц, направленная на сохранение и восстановление природной среды, рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов, предотвращение негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду и ликвидацию ее последствии.
Памятник природы – объекты природы нередко связанные с какими-то историческими событиями или лицами, выделяемые как природные охраняемые территории небольшого размера (геологического обнажение, очень старое дерево, экзотическая группа многолетних растений, необычный родник) с их непосредственным окружением. Памятниками природы объявляются уникальные или типичные, ценные в научном, культурно-познавательном и оздоровительном отношении природные объекты, представляющие собой небольшие урочища (реки, озёра, участки долин и побережий, достопримечательные горы) и отдельные объекты (редкие и опорные геологические обнажения, эталонные участки месторождений полезных ископаемых, водопады, пещеры), а также природные объекты искусственного происхождения (старинные аллеи и парки, участки заброшенных каналов, пруды), не признанные памятниками истории и культуры или не входящие в состав единых природно-исторических памятников. Охране подлежат также метеориты, найденные на территории РФ.
Парк национальный – обширная территория, включающая особо охраняемые природные (не подвергшие воздействию со стороны человека) ландшафты или их части, предназначенная помимо главной задачи сохранения природных комплексов в неприкосновенности преимущественно для рекреационных целей. Имеет особое административное управление, осуществляющее землепользование на всей территории парка или его заповедной зоне. Территория парк национальный зонируется.
Парцелла – структурная часть фитоценоза (биогеоценоза), обнимающая всю его толщу и выделяемая по плотности населения отдельных видов растений (в основном доминантов) и особенностям микросреды обитания.
Пирамида биомасс – соотношение между продуцентами, консументами (первого и второго порядка) и редуцентами в экосистеме, выраженной в их массе (числе – пирамида числа Элтона, заключённой энергии – пирамида энергий) и изображенное в виде графической модели (такие модели называются экологическими пирамидами).
Пищевая цепь (трофическая, цепь питания) – ряд видов или их групп, каждое предыдущее звено в котором служит пищей следующему.
Популяция локальная – совокупность особей одного вида, для которых не обязательно свободное скрещивание.
Продуктивность биологическая (от лат. producere – производить создавать) – скорость накопления биомассы, т. е. производимая популяцией или сообществом биомасса на единице площади за единицу времени; полная или валовая первичная продуктивность должна включать также энергию и
Живые объекты с точки зрения системных представлений. Природа жизни, разнообразие живых организмов, объединяющее их структурное и функциональное сходство всегда привлекали и привлекают пристальное внимание исследователей. С точки зрения системного подхода следует подчеркнуть, что живые системы на Земле – это открытые саморегулирующиеся, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот (М.В. Волькенштейн). Им присущи закономерности развития, характерные для других сложных систем. Однако жизнь качественно превосходит другие формы существования материи в отношении многообразия и сложности, а также динамики протекающих в живых организмах процессов. Живые системы характеризуются гораздо более высоким уровнем пространственно-временной структурной и функциональной упорядоченности . Которая обеспечивает структурную компактность и энергетическую экономичность всего живого. Такая упорядоченность возможна только в макроскопической системе (наименьшая бактерия содержит около 10 9 атомов), иначе порядок разрушился бы флуктуациями, обусловленные тепловым движением.
Являясь открытыми системами, живые организмы обмениваются с окружающей средой энергией, веществом и информацией. При этом, в отличие от неживых систем, живым организмам присуща способность активно поддерживать упорядочение, противодействовать возрастанию энтропии внутри себя.Однако снижение энтропии в живых организмах возможно только за счет повышения энтропии в окружающей среде (в соответствии со вторым началом термодинамики для открытых систем). «Всеобщая борьба за существование живых организмов, не является борьбой за составные элементы - составные элементы всех организмов имеются налицо в избытке в воздухе, воде и недрах Земли - и не за энергию, ибо таковая содержится в изобилии во всяком теле, к сожалению, в форме непревращаемой теплоты. Но это - борьба за энтропию, которую можно использовать при переходе энергии с горячего Солнца к холодной земле» (Л.Больцман).
Все живые (биологические) системы разных уровней – организмы, популяции и т.д. – существуют в тесной взаимосвязи , обмениваясь веществом, энергией. Это позволяет рассматривать все живые системы и среду их обитания как одну масштабную разнородную систему – биосферу . Жизнь присуща только биосфере, вне ее – не существует.
Свойства живых объектов. Для решения вопроса о природе жизни, ее происхождении и эволюции на Земле целесообразно выделить основные отличительные свойства живых организмов. Следует отметить, что общепринятого определения фундаментального понятия «жизнь» сегодня нет. Однако имеют место характерные свойства, совокупность которых позволяет отличить живые организмы от объектов неживой материи:
обмен веществом и энергией : живая система постоянно обменивается веществом и энергией с окружающей средой;
дискретность и целостность : живые объекты относительно обособлены друг от друга (особи, популяции, виды), в то же время сложная организация немыслима без взаимодействия ее частей и структур – без целостности;
структурность : на всех уровнях организации живые системы образуют упорядоченные структуры;
единство химического состава : оно проявляется как на уровне химических элементов, так и на молекулярном уровне;
подвижность ;
раздражимость ;
рост и развитие : избыточное самовоспроизведение лежит в основе роста клеток, и организмов;
размножение и воспроизведение себе подобных ;
наследственность и изменчивость ;
адаптация : способность живых организмов приспосабливаться к внешним условиям, ассимилировать полученные извне вещества.
Еще раз подчеркнем, что весь комплекс этих свойств присущ живому объекту
Химическая основа жизни. В состав живой клетки входят такие же элементы, какие имеются в неживой природе. Однако ряд из них выполняют важные биологические функции. Эти элементы называются биогенными: C, H, O, N , P, S . В частности, четыре из них -C, H, O, N – составляют 96% субстрата организма человека. C, H, O - находятся в составе всех биополимеров, N , S - добавляются к ним в составе белков; N, P - в составе нуклеиновых кислот. Имеются и другие элементы, входящие в состав тех или иных организмов: Fe – в составе гемоглобина, Mg – в составе хлорофилла, Сu – в составе некоторых ферментов; I - в составе тироксина- гормона щитовидной железы; Na , K – обеспечивают проводимость импульсов в нервных волокнах; Zn – в составе инсулина, Co – в составе витамина В 12 . По процентному составу в порядке его убывания элементы образуют последовательность: O, C, H, N, Ca, K, Mg, P, S, Cl, Na, Fe ,Zn, Сu, I, F,Co.
Важнейшим компонентом жизни является вода H 2 O. Но все основные свойства жизни определяются органическими соединениями: белками, углеводами, жирами, нуклеиновыми кислотами.
Уровни организации живой материи. Проявления жизни на Земле чрезвычайно многообразны. Живые организмы представлены доядерными (прокариоты ) и ядерными (эукариоты ), одно- и многоклеточными существами. Описание разнообразных многоклеточных осуществляется на основе систематики, использующей таксоны – иерархически связанные множества. Самые масштабные таксоны - три царства : растения, грибы, животные. Эти царства объединяет разнообразные типы , классы , отряды , семейства , роды , виды , популяции и индивидуумы . Иерархическая организованность, свойственная различным сложным системам, прослеживается для живых систем. На ряду с таксономической систематикой, в настоящее время принято выделять следующие уровни организации живого :молекулярно-генетический, клеточный, организменный (онтогенетический), популяционно-видовой, биогеоценотический (экосистемный), биосферный. Понимание этого предполагает отказ от концепцииредукцианизма, в соответствии с которой все высшее сводимо к низшему (процессы жизнедеятельности – к совокупности физико-химических реакций, а целостный организм – к взаимодействию составляющих его клеток, тканей, органов и т.д.). В многоуровневой иерархической системе ниже лежащий уровень входит в более высокий как единое целое. Каждый новый уровень возникает из предыдущего посредством процессов объединения и организации его единиц (элементов) в единую систему. При этом каждый уровень является структурно и функционально автономной системой.
Основными структурными элементами, из которых состоят тела живых существ, являются клетки. Их строение, состав и функции изучает цитология. Другая биологическая наука, гистология, имеет дело со свойствами и структурой тканей, т.е. групп однотипных клеток, выполняющих в организме сходную функцию. Механизмы, посредством которых признаки, свойственные особям одного поколения, передаются следующим поколениям, исследует генетика. Классификацией животных и растений и установлением их родственных связей занимается таксономия, а изучением ископаемых остатков живых существ – палеонтология. Взаимоотношения организмов с окружающей средой составляют предмет экологии.
Новейшие физические и химические методы исследования позволяют количественно изучать молекулярные структуры и явления, лежащие в основе всех биологических процессов. Данное направление, затрагивающее сразу несколько биологических дисциплин, называют молекулярной биологией.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ
Вплоть до начала 20 в. биологи были убеждены в том, что все живое принципиально отличается от неживого и в этом отличии есть какая-то тайна. В настоящее время благодаря значительно возросшему объему знаний в области химии и физики живой материи стало ясно, что жизнь может быть объяснена в обычных понятиях химии и физики. Ниже кратко излагаются основные концепции современной биологии, касающиеся самого феномена жизни.
Биогенез.
Все живые организмы происходят только от других живых организмов, и из этого правила нет исключений. Не совсем ясно, можно ли считать живыми субмикроскопические фильтрующиеся вирусы, но нет сомнений в том, что появление их в большом количестве в среде возможно только за счет размножения тех вирусов, которые уже попали туда раньше. Из невирусного вещества вирусы не возникают.
Клеточная теория.
Одно из наиболее фундаментальных обобщений современной биологии – это клеточная теория, согласно которой все живые существа, включая растения и животных, состоят из клеток и продуктов выделения клеток, а новые клетки образуются путем деления существующих. Все клетки демонстрируют также сходство в основных компонентах химического состава и в основных метаболических реакциях, а активность всего организма представляет собой сумму индивидуальных активностей составляющих этот организм клеток и результатов их взаимодействия.
Генетические механизмы и эволюция.
Генетическая теория гласит, что признаки особей каждого поколения передаются следующему поколению через единицы наследственности, называемые генами. Крупные сложные молекулы ДНК состоят из четырех типов субъединиц, называемых нуклеотидами, и имеют структуру двойной спирали. Информация, содержащаяся в каждом гене, закодирована особым порядком расположения этих субъединиц. Поскольку каждый ген состоит примерно из 10 000 нуклеотидов, выстроенных в определенной последовательности, существует великое множество комбинаций нуклеотидов, а соответственно и множество различных последовательностей, являющихся единицами генетической информации.
Определение последовательности нуклеотидов, образующих определенный ген, стало теперь не только возможным, но даже довольно обычным делом. Более того, ген можно синтезировать, а затем клонировать, получив таким образом миллионы копий. Если какое-то заболевание человека вызвано мутацией гена, который в результате не функционирует надлежащим образом, в клетку может быть введен нормальный синтезированный ген, и он будет выполнять необходимую функцию. Эта процедура называется генной терапией. Грандиозный проект «Геном человека» призван выяснить нуклеотидные последовательности, образующие все гены человеческого генома.
Одно из важнейших обобщений современной биологии, формулируемое иногда как правило «один ген – один фермент – одна метаболическая реакция», было выдвинуто в 1941 американскими генетиками Дж.Бидлом и Э.Тейтемом. Согласно этой гипотезе, любая биохимическая реакция – как в развивающемся, так и в зрелом организме – контролируется определенным ферментом, а фермент этот в свою очередь контролируется одним геном. Информация, заложенная в каждом гене, передается от одного поколения другому специальным генетическим кодом, который определяется линейной последовательностью нуклеотидов. При образовании новых клеток каждый ген реплицируется, и в процессе деления каждая из дочерних клеток получает точную копию всего кода. В каждом поколении клеток происходит транскрипция генетического кода, что позволяет использовать наследственную информацию для регуляции синтеза специфических ферментов и других белков, существующих в клетках.
В 1953 американский биолог Дж.Уотсон и британский биохимик Ф.Крик сформулировали теорию, объясняющую, каким образом структура молекулы ДНК обеспечивает основные свойства генов – способность к репликации, к передаче информации и мутированию. На основании этой теории оказалось возможным сделать определенные предсказания о генетической регуляции синтеза белка и подтвердить их экспериментально.
Развитие с середины 1970-х годов генной инженерии, т.е. технологии получения рекомбинантных ДНК, значительно изменило характер исследований, проводимых в области генетики, биологии развития и эволюции. Разработка методов клонирования ДНК и проведения полимеразной цепной реакции позволяют получать в достаточном количестве необходимый генетический материал, включая рекомбинантные (гибридные) ДНК. Эти методы используются для выяснения тонкой структуры генетического аппарата и отношений между генами и их специфическими продуктами – полипептидами. Вводя в клетки рекомбинантную ДНК, удалось получить штаммы бактерий, способные синтезировать важные для медицины белки, например человеческий инсулин, гормон роста человека и многие другие соединения.
Значительный прогресс был достигнут в области изучения генетики человека. В частности, проведены исследования таких наследственных болезней, как серповидноклеточная анемия и муковисцидоз. Изучение раковых клеток привело к открытию онкогенов, превращающих нормальные клетки в злокачественные. Исследования, проводимые на вирусах, бактериях, дрожжах, плодовых мушках и мышах, позволили получить обширную информацию, касающуюся молекулярных механизмов наследственности. Теперь гены одних организмов могут быть перенесены в клетки других высокоразвитых организмов, например мышей, которые после такой процедуры называются трансгенными. Чтобы осуществить операцию по внедрению чужеродных генов в генетический аппарат млекопитающих, разработан целый ряд специальных методов.
Одно из наиболее удивительных открытий в генетике – это обнаружение двух типов входящих в состав генов полинуклеотидов: интронов и экзонов. Генетическая информация кодируется и передается только экзонами, функции же интронов до конца не выяснены.
Витамины и коферменты.
Открытие этих веществ, которые не являются солями, белками, жирами или углеводами, но вместе с тем необходимы для полноценного питания, принадлежит американскому биохимику польского происхождения К.Функу. С 1912, когда Функ обнаружил витамины, началось интенсивное исследование их роли в метаболизме и выяснение того, почему в пищевом рационе одних организмов должны обязательно присутствовать определенные витамины, а в рационе других их может и не быть. Сейчас твердо установлено, что соединения, которые мы относим к витаминам, необходимы для нормального метаболизма всех живых существ, включая бактерии, зеленые растения и животных, однако, если некоторые организмы способны синтезировать эти соединения сами, другие должны получать их с пищей в готовом виде. Для многих витаминов в настоящее время уже выяснена их специфическая роль в метаболизме. Во всех случаях они функционируют как часть большой молекулы вещества, названного коферментом. Кофермент служит своего рода партнером фермента и субстратом для осуществления некоторых реакций. Авитаминоз, возникающий при недостаточности того или иного витамина, есть следствие нарушений в метаболизме, вызванных нехваткой кофермента.
Гормоны.
Термин «гормон» был предложен в 1905 английским физиологом Э.Старлингом, который определил его как «любое вещество, в норме выделяемое клетками в какой-то одной части тела и переносимое кровью в другие части тела, где оно проявляет свое действие во благо всего организма». Можно сказать, что эндокринология (изучение гормонов) началась с 1849, когда немецкий физиолог А.Бертольд осуществил пересадку семенников от одной птицы к другой и предположил, что эти мужские половые железы выделяют в кровь какое-то вещество, определяющее развитие вторичных половых признаков. Само же это вещество – тестостерон – было выделено в чистом виде и описано только в 1935.
Животные (как позвоночные, так и беспозвоночные) и растения вырабатывают большое число разных гормонов. Все гормоны образуются в каком-то небольшом участке организма, а потом переносятся в другие его части, где, присутствуя в очень низких концентрациях, оказывают исключительно важное регуляторное и координирующее действие на активность клеток. Таким образом, основная роль гормонов – это химическая координация, дополняющая координацию, осуществляемую нервной системой.
Экология.
Согласно одной из важнейших обобщающих концепций современной биологии, все живые организмы, обитающие в определенном месте, тесно взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой. Определенные виды растений и животных распределены в пространстве не случайным образом, а образуют взаимозависимые сообщества, состоящие из продуцентов, консументов и редуцентов и связанные с определенными неживыми компонентами среды. Подобные сообщества могут быть выявлены и охарактеризованы по доминирующим видам; чаще всего это виды растений, дающие пищу и укрытие другим организмам. Экология призвана ответить на вопросы – почему те или иные виды растений и животных образуют определенное сообщество, как они взаимодействуют между собой и как влияет на них человеческая деятельность.
Особенности живых организмов.
Живые организмы не содержат какого-либо особого химического элемента, которого не было бы в неживой природе. Наоборот, основные составляющие их элементы – углерод, водород, кислород и азот – довольно широко распространены на Земле. В очень небольших количествах в составе живых организмов присутствует, кроме того, множество других химических элементов. Все живые существа в большей или меньшей степени могут быть охарактеризованы по таким признакам, как размеры, форма тела, раздражимость, подвижность, а также особенности метаболизма, роста, размножения и адаптаций. Способность растений и животных приспосабливаться к своей среде позволяет им выживать при тех изменениях, которые происходят во внешнем мире. Адаптация может включать как очень быстрые изменения состояния организма, определяемые клеточной раздражимостью, так и очень длительные процессы, а именно появление мутаций и их естественный отбор.
Биологические ритмы.
Многие проявления жизнедеятельности организмов имеют циклический характер. Существуют, например, сезонные циклы в динамике численности некоторых видов; известны также циклические явления в жизни популяций, повторяющиеся каждый год, каждый лунный месяц, каждый день или каждый морской прилив (или отлив). Многие биологические функции отдельно взятого организма тоже имеют периодическую природу, например, чередование сна и бодрствования. По крайней мере некоторые из этих циклов, по-видимому, регулируются внутренними биологическими часами.
Происхождение жизни.
Современные теории возникновения мутаций, естественного отбора и популяционной динамики дают объяснение того, как произошли современные животные и растения от ранее существовавших форм. Вопрос о первоначальном происхождении жизни на Земле рассматривался многими биологами. Некоторые из них считали, что формы жизни были принесены из космоса, с других планет. Сторонники подобной точки зрения ссылаются на обнаруженные в 1961 и 1966 структуры в метеоритах, напоминающие окаменелости микроскопических организмов.
Теорию происхождения первых живых существ из неживой материи развивали немецкий физиолог Э.Пфлюгер, английский генетик Дж.Холдейн и русский биохимик А.И.Опарин.
Известен целый ряд реакций, посредством которых можно получить органические вещества из неорганических. Американский химик М.Калвин экспериментально показал, что излучение с высокой энергией, например космические лучи или электрические разряды, могут способствовать образованию органических соединений из простых неорганических компонентов. В 1953 американские химики Г.Юри и С.Миллер обнаружили, что некоторые аминокислоты, например глицин и аланин, и даже более сложные вещества могут быть получены из смеси паров воды, метана, аммиака и водорода, через которую всего лишь в течение недели пропускают электрические разряды.
Спонтанное зарождение живых организмов в той обстановке, которая существует на Земле в настоящее время, в высшей степени маловероятно, однако оно вполне могло произойти в прошлом. Все дело в различии условий, существовавших тогда и сейчас.
До того, как на Земле возникла жизнь, органические соединения могли накапливаться, поскольку, во-первых, не существовало плесневых грибов, бактерий и других живых существ, способных их потреблять, а во-вторых, они не подвергались спонтанному окислению, так как в атмосфере тогда отсутствовал кислород (или его было очень мало). Сейчас разработаны вполне правдоподобные теории, позволяющие объяснить, как органические вещества могли возникать в результате простых химических реакций, индуцированных электрическими разрядами, ультрафиолетовым излучением и другими физическими факторами, как эти молекулы могли затем образовать в море разбавленный бульон и как в результате их длительного взаимодействия формировались жидкие кристаллы, а затем и более сложные молекулы, по размерам приближающиеся к белкам и нуклеиновым кислотам . Процесс, аналогичный естественному отбору, мог действовать уже среди этих еще не живых, но уже очень сложных молекул. Дальнейшее объединение молекул белков и нуклеиновых кислот могло привести к появлению организмов, напоминающих ныне существующие вирусы, от которых, возможно, произошли бактерии, давшие в конце концов начало растениям и животным. Другим крупным шагом в ранней эволюции было развитие белково-липидной мембраны, которая окружала скопление молекул и позволяла одни молекулы накапливать, а другие, наоборот, выбрасывать наружу.
Все эти доводы привели ученых к заключению, что возникновение жизни на нашей планете – это событие не только вполне естественное и возможное, но и почти неизбежное. Более того, количество уже известных галактик, а соответственно и планет во Вселенной столь велико, что существование на многих из них условий, пригодных для жизни, представляется весьма вероятным. Не исключено, что жизнь на этих планетах действительно существует. Но если жизнь где-то возможна, то по прошествии достаточного времени она должна появиться и дать широкое разнообразие форм. Некоторые из этих форм могут сильно отличаться от тех, что встречаются на Земле, но другие могут быть очень похожими. Теория происхождения жизни может быть сведена к следующим тезисам: 1) органические вещества образуются из неорганических в результате воздействия физических факторов окружающей среды; 2) органические вещества взаимодействуют друг с другом, образуя все более сложные комплексы, из которых постепенно формируются ферменты и самовоспроизводящиеся системы, напоминающие гены; 3) сложные молекулы становятся более разнообразными и объединяются в примитивные, похожие на вирусы организмы; 4) вирусоподобные организмы постепенно эволюционируют и дают начало растениям и животным.
План: 1. Содержание и задачи медицинской биологии. 2. Биосоциальная сущность человека. 3. Определение понятия «жизнь» и «живое» . 4. Качественные особенности и характеристика живых систем. 5. Уровни организации живых систем.
Содержание и задачи медицинской биологии. Биология – наука о живой природе. Термин «биология» предложен Ж. Б. Ламарком в 1802 году, которым он определял ее как науку о жизни, как особом явлении природы. Биология изучает жизнь во всех ее проявлениях, т. е. морфологию, физиологию, эволюцию живых организмов, их взаимоотношения друг с другом и средой обитания.
Ипполит Васильевич Давыдовский: «Медицина, взятая в плане теории, - это прежде всего – общая биология» . Биология – это теоретическая основа медицины. Медицинская биология – это наука о людях, их происхождении, эволюции и географическом распространении, об изменении численности человеческих популяций и их структуры во времени и пространстве. Изучает наследственность человека, сущность и значение врожденных различий между индивидуумами, экологию человека, а также адаптивные механизмы и средства, которые человек использует в борьбе с враждебным окружением, в том числе и возбудителями болезней.
Главная задача предмета – сформировать у будущего врача генетическое, экологическое и эволюционное мышление, необходимое ему в дальнейшем. Врач должен связывать здоровье пациентов с сочетанным действием трех факторов: наследственности, среды жизни и образа жизни.
Биосоциальная сущность человека. Человек в курсе медицинской биологии изучается как биосоциальное существо. Как биологический вид, человек сформировался по законам биологической эволюции под влиянием биологических факторов (наследственность, изменчивость, борьба за существование). Человек – часть природы, поэтому структура и функции человеческого организма, а также его генетическая программа – это результат длительных эволюционных преобразований предшествующих форм.
Своеобразие эволюции человека состоит в том, что биологические эволюционные факторы постепенно теряют свое ведущее значение, уступая место социальным. Становление социального человека происходит через преобразование психики животных в сознание человека под влиянием социальных факторов (труда, речи, общественной жизни, воспитания и образования). В сочетании этих двух задач заключается качественное своеобразие человека как биологического вида, т. е. человек – существо биосоциальное.
Основная задача медицинской биологии – изучение законов жизнедеятельности человека, т. е. биологического начала, а социальное – предмет изучения философов и социологов.
Определение понятия «жизнь» и «живое» . Качественные особенности и характеристика живых систем. Аристотель: «питание, рост и одряхление» . Г. Тревиранус: «стойкое единообразие процессов при различии внешних влияний» . Ф. Энгельс: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей внешней средой…» . М. В. Волькенштейн (1965): «Живые тела – открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот» .
Гробстейн: «Жизнь – это макромолекулярная система, для которой характерна определенная иерархическая организация, а также способность к воспроизведению, обмену веществ, тщательно регулируемому потоку энергии» . Ляпунов: «Жизнь – это высокоустойчивое состояние вещества, использующее для выработки сохраняющих реакций информацию, кодируемую состояниями отдельных молекул» .
Фундаментальные свойства живого: 1. Самообновление, связанное с потоками вещества и энергии; 2. Самовоспроизведение, связанное с потоком информации; 3. Саморегуляция, связанная с потоками вещества, энергии и информации.
Фундаментальные свойства определяют атрибуты живого: 1. Единство элементарного химического состава. 2. Единство биохимического состава. 3. Единство структурной организации. 4. Обмен веществ и энергии (метаболизм). 5. Открытость. 6. Саморегуляция. 7. Самовоспроизведение. 8. Наследственность. 9. Изменчивость. 10. Способность к росту и развитию (индивидуальному и историческому). 11. Раздражимость. 12. Дискретность и целостность.
5 компонентов живых систем. 1. Управляющие компоненты. Клеточное ядро – информационный центр клетки, содержит хромосомы, несущие наследственные задатки в форме ДНК, которая реализуется с помощью РНК. 2. Структурный компонент – молекулы белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот (то, из чего построена живая система). 3. Преобразователи энергии. Энергия, освобождающаяся при распаде органических веществ, не используется в клетке сразу, а сначала запасается в форме высокоэнергетических соединений: АТФ и НАДФН 2. 4. Механизмы саморегуляции. Обеспечивают постоянство структуры и химического состава внутренней среды. В основе лежат изменения концентрации каких-либо веществ или состояние какой-либо системы по принципу обратной связи. 5. Механизмы самовоспроизведения, основанные на принципе матричного синтеза нуклеиновых кислот. Самовоспроизведение обеспечивает преемственность между сменяющими друга генерациями биологических систем.
Уровни организации живых систем. Принцип дискретности лег в основу представлений об уровнях организации живой материи. Все многообразие жизни можно свести к нескольким основным уровням, которые сложились в процессе развития живой природы, т. е. эволюционно обусловленные. На каждом уровне организации живой материи можно выделить элементарные структуры и явления.
Молекулярно-генетический уровень. Элементарная единица – ген – фрагмент молекулы нуклеиновых кислот, в котором записан определенный в качественном и количественном отношении объем биологической информации. На этом уровне происходит хранение, воспроизведение и начальная реализация наследственной информации. При хранении и воспроизведении наследственной информации возникают мутации – случайные, ненаправленные изменения генетического материала. Элементарное явление – конвариантная редупликация или самовоспроизведение с изменением генов в силу относительной стабильности ДНК. В последующих циклах редупликации эти изменения воспроизводятся в молекулах – копиях и переходят к особям дочерних поколений.
Клеточный уровень. Элементарная единица – клетка – структурнофункциональная единица живого. Элементарное явление – реакции клеточного метаболизма.
Организменный (онтогенетический) уровень. Элементарная единица – особь, закономерные изменения которой в индивидуальном развитии составляют элементарное явление. В ходе онтогенеза, в результате реализации наследственной информации в определенных условиях внешней среды формируется фенотип организмов данного биологического вида.
Популяционно-видовой уровень. Элементарная единица – популяция – совокупность особей одного вида, объединенных на основе общности генофонда. Элементарное явление – эволюционно значимые изменения генофонда популяции под влиянием элементарных эволюционных факторов (мутации, миграция, изоляция, дрейф генов, естественный отбор).
Биоценотический уровень. Элементарная единица – биогеоценоз – динамическое и устойчивое сообщество растений (фитоценоз), животных (зооценоз) и микроорганизмов (микроценоз) и абиотических факторов окружающей среды. Элементарное явление – круговорот веществ, которым связаны все компоненты биогеоценоза.
Жизнь - это уникальное явление, которое отличается сложностью, структурной и функциональной упорядоченностью. И уже это можно считать ее главным свойством. Однако куда важнее дать определение жизни , т. е. однозначно определить, чем живое отличается от неживого. Однозначного определение жизни не существует, однако выделяют общие свойства (или признаки) жизни, характерные для всех живых организмов и других живых систем (клеток, биоценозов). Совокупность этих свойств позволяет однозначно отделять живое от неживого. Чтобы система называлась живой, она должна обладать если не всеми, то подавляющим большинством нижеперечисленных основных свойств.
Одно из основных свойств живого - это единство химического состава . Во всех живых системах, в любых организмах, несмотря на все их разнообразие, преобладают четыре химических элемента - это углерод, кислород, водород и азот. Кроме перечисленных, живое содержит и другие элементы, но в меньших количествах. В отличие от живой, в неживой природе преобладают несколько другие элементы. Например, на Земле много кислорода, кремния, алюминия, натрия. Звезды в основном состоят из водорода и гелия. Кроме того в живых организмах преобладают крупные органические молекулы, имеющие сложное строение и построенные на основе углеродного скелета. Причем у совершенно разных организмов зачастую такие молекулы одинаковы, а также протекают схожие химические реакции.
Для всего живого характерен обмен веществ . Живые организмы поглощают из окружающей среды одни вещества и выделяют в нее другие. При этом в организме происходят процессы синтеза (ассимиляции ) и распада (диссимиляции ), в основе которых лежат сложные химические реакции, большинство из которых не встречаются в неживой природе. Из полученных веществ строятся компоненты клетки, синтезируется ряд необходимых для жизнедеятельности веществ (например, глюкоза у растений образуется из воды и углекислого газа). При диссимиляции обычно происходит выделение энергии, которая запасается в молекулах АТФ и далее расходуется на протекание различных процессов в клетках организма. Благодаря способности к обмену веществ организм сохраняет относительное постоянство своего состава и строения.
энергозависимость, или поток энергии . Живые системы могут существовать только при постоянно притоке в них энергии. Они также выделяют (рассеивают) энергию, но уже иной природы. Таким образом, жизнь - это открытая система . Растения получают энергию от солнечного света. Эта энергия тратится на синтез органических веществ. Гетеротрофы получают энергию из пищи в результате ее усвоения. Обмен веществ и поток энергии тесно взаимосвязаны между собой.
Живое способно к росту , т. е. к увеличению своего размера. Это достигается не за счет простого присоединения вещества, как в неживой природе, а за счет синтеза сложных органических веществ. Клетки растут за счет увеличения своих размеров, организмы - за счет увеличения количества клеток, биоценозы - за счет увеличения количества составляющих их организмов.
Основным свойством живого является развитие , которое во многих случаях сопровождает рост. Развитие - это направленное и необратимое изменение системы, чаще сопровождаемое ее усложнением (однако не редко и упрощением). Развитие меняет качество системы, за счет изменения ее состава и строения. Многоклеточные живые организмы развиваются из зародыша до взрослого организма, при этом появляются новые органы, физиологические процессы и др. Индивидуальное развитие называется онтогенезом. В то же время для всей живой природы характерно развитие на протяжении всего времени существования жизни на Земле. Такое историческое развитие (эволюция) называется филогенезом. В процессе филогенеза жизнь приобрела множество сложных форм, хотя на заре своего становления была представлена простейшими одноклеточными.
Важным свойством живых организмов является способность к самовоспроизведению . Живые системы (клетки, их структуры, целые организмы) размножаются и при этом производят себе подобных. В основе самовоспроизведения лежат молекулы ДНК, способные к матричному синтезу (удвоению). Особенности ДНК лежат и в основе таких основных свойств живого как наследственность и изменчивость . Под наследственностью подразумевается передача признаков родительских организмов дочерним. Это обеспечивается постоянством строения молекул ДНК. Изменчивость обратна наследственности и выражается в приобретении дочерними организмами новых свойств, которых не было у родительских. Изменчивость обусловлена изменениями в ДНК, ее перекомбинацией. Эволюция живых организмов была бы невозможна, если бы не было изменчивости.
В качестве следующего свойства живого следует выделить способность живых систем к саморегуляции . Условия окружающей среды меняются. При этом клетки, организмы способных сохранять постоянство своего химического состава и поддерживать интенсивность протекания многих физиологических процессов на прежнем уровне. Живое способно запасать вещества, а при необходимости их использовать для поддержания внутреннего постоянства. В многоклеточных организмах саморегуляция осуществляется благодаря нервной и эндокринной системам, которые улавливают изменения концентраций тех или иных веществ.
Живые организмы обладают раздражимостью . Они реагируют на внешние стимулы (воздействия). Причем не на абсолютно любые, а на важные для их существования (изменение своих физиологических параметров при изменении внешней температуры, избегание опасности, поиск пищи и др.). У многоклеточных животных раздражимость реализуется через рефлекс , у одноклеточных, растений - с помощью таксисов, тропизмов .
Ритмичность встречается как в живой, так и в неживой природе. Она связана с циклическими космическими явлениями (вращение Земли вокруг оси и Солнца, фазы Луны и др.). Ритмичность живых организмов более сложная, возникла как приспособление к ритмичности в неживой природе. Например, у деревьев на зиму опадает листва, с увеличением длины светового дня многие животные приступают к размножению и т. п.
Различные авторы выделяют и другие свойства живого. Например, дискретность, целостность, упорядоченность. Однако это скорее всеобщие свойства материи, характерные в том числе и для живой природы. По отношению к биологическим системам дискретность выражается в том, что они состоят из отдельных изолированных компонентов. Например, клетка состоит из органелл, включений и др., организм состоит из клеток, биоценоз из отдельных обособленных организмов. Дискретность дает возможность обновлять поврежденные части системы без нарушения ее функционирования. Дискретность лежит в основе структурной упорядоченности.
