§ 3. Уровни организации живой материи. Методы биологии

Вспомните!

Какие уровни организации живой материи вам известны?

– Молекулярно-генетический

– Клеточный

– Тканевый

– Органный

– Организменный (онтогенетический)

– Популяционно-видовой

– Биогеоценотический (экосистемный)

– Биосферный (глобальный)

Какие вы знаете методы научных исследований?

– Наблюдение

– Описание

– Сравнение

– Исторический метод

– Экспериментальный

– Моделирование

Вопросы для повторения и задания

1. Как вы считаете, почему необходимо выделять различные уровни организации живой материи?

Жизнь на нашей планете представлена саморегулирующимися и самовоспроизводящимися системами различного ранга, открытыми для вещества, энергии и информации. Происходящие в них процессы жизнедеятельности и развития обеспечивают существование и взаимодействие этих систем. На каждом уровне организации живой материи существуют свои специфические особенности, поэтому в любых биологических исследованиях, как правило, какой-то определённый уровень является ведущим. Так, например, механизмы деления клетки изучают на клеточном уровне, а основные успехи в области генной инженерии достигнуты на молекулярно-генетическом. Но такое разделение проблем по уровням организации является весьма условным, потому что большинство задач биологии так или иначе касаются одновременно нескольких уровней, а порой и всех сразу. Например, проблемы эволюции затрагивают все уровни организации, а методы генной инженерии, реализуемые на молекулярно-генетическом уровне, направлены на изменение свойств всего организма.

2. Перечислите и охарактеризуйте уровни организации живой материи.

Молекулярно-генетический уровень. Как бы сложно ни была организована любая живая система, в её основе лежит взаимодействие биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, углеводов, а также других органических и неорганических веществ.

Клеточный уровень. Клетка — это структурно-функциональная единица всего живого. Существование клетки лежит в основе размножения, роста и развития живых организмов.

Тканевый уровень. Ткань — это совокупность клеток и межклеточного вещества, объединённых общностью происхождения, строения и выполняемой функции. В животных организмах выделяют четыре основных типа ткани: эпителиальную, соединительную, мышечную и нервную. В растениях различают образовательные, покровные, проводящие, механические, основные и выделительные (секреторные) ткани.

Органный уровень. Орган — это обособленная часть организма, имеющая определённую форму, строение, расположение и выполняющая конкретную функцию. Орган, как правило, образован несколькими тканями, среди которых одна (две) преобладает.

Организменный (онтогенетический) уровень. Организм — это целостная одноклеточная или многоклеточная живая система,

способная к самостоятельному существованию. Многоклеточный организм образован, как правило, совокупностью тканей и органов.

Популяционно-видовой уровень. Популяция — совокупность особей одного вида, в течение длительного времени проживающих на определённой территории, внутри которой осуществляется в той или иной степени случайное скрещивание и нет существенных внутренних изоляционных барьеров; она частично или полностью изолирована от других популяций данного вида.

Биогеоценотический (экосистемный) уровень. Биогеоценоз — исторически сложившаяся совокупность организмов разных видов, взаимодействующая со всеми факторами их среды обитания. В биогеоценозах осуществляется круговорот веществ и энергии.

Биосферный (глобальный) уровень. Биосфера — биологическая система высшего ранга, охватывающая все явления жизни в атмосфере, гидросфере и литосфере. Биосфера объединяет все биогеоценозы (экосистемы) в единый комплекс. В ней происходят все вещественно – энергетические круговороты, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.

3. Назовите биологические макромолекулы, входящие в состав живых систем.

Биологические макромолекулы: нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, липиды.

4. Как проявляются свойства живого на различных уровнях организации?

5. Какие методы исследования живой материи вы знаете?

Научный метод – это совокупность действий, призванных помочь достижению желаемого результата.

Методы, используемые в биологии:

а. Эмпирические – наблюдение и эксперимент.

б. Теоретические – сравнение, анализ, синтез, обобщение, моделирование, математические обработка, исторический.

6. Может ли многоклеточный организм не иметь тканей и органов? Если вы считаете, что может, приведите примеры таких организмов.

Да, может. Таким примером служит отдел Низших растений, к которым относят все виды водорослей. Это низшие растения, состоящие из одной или нескольких клеток, последние образуют нити или слоевища, для крепления используют ризоиды. Дифференциации на ткани и органы отсутствует, поэтому они отнесены к отделу Низшие растения.

Подумайте! Вспомните!

1. Выделите основные признаки понятия «биологическая система».

Биологическая система - целостная система компонентов, выполняющих определенную функцию в живых системах. К биологическим системам относятся сложные системы разного уровня организации: биологические макромолекулы, субклеточные органеллы, клетки, органы, организмы, популяции.

Характеристики:

– Система – упорядоченность, порядок, целостность, организация

– Биологическая – живая

2. Согласны ли вы с тем, что описательный период в биологии продолжается и в XXI в.? Ответ обоснуйте.

Да. Описательный метод исследования — это такой научный метод, который включает наблюдение и описание поведения участника без какого бы то ни было влияния на него. Многие другие методы сопровождаются описанием, это эксперимент, обобщение, исторический и др., даже моделирование и эксперимент в дальнейшем необходимо описать.

3. Рассмотрите рис. 5.

Определите, какое изображение было получено при помощи световой микроскопии, какое — при помощи электронной, а какое — результат использования сканирующего микроскопа. Объясните свой выбор.

А – световой микроскоп, его увеличение недостаточно большое, поэтому видны не все структуры (органоиды) одноклеточного животного; Б – электронный микроскоп, увеличение большое, можно различить структуры, находящиеся в цитоплазме, видны микроскопические структуры – цитоскелет (микротрубочки в цитоплазме); В – сканирующий микроскоп, видно объемное очертание организма, структура оболочки.

4. Из предыдущих курсов биологии, физики, химии или других предметов вспомните какую-нибудь хорошо известную вам теорию (закон или правило). Попробуйте описать основные этапы её (его) формирования.

Атомно-молекулярное учение М.В. Ломоносова (химия)

– Античная атомистика – представление о материи, возникшее в Древней Греции (Левкипп и его ученик Демокрит, 460-370 гг. до н.э.) Демокрит назвал мельчайшие частицы, из которых состоит вещество, "неделимые", что в переводе на греческий значит "атомы". Демокрит, развивая новое учение – атомистику, приписал атомам такие современные свойства, как размер и форму, способность к движению.

– Становление атомистической гипотезы. Последователь Демокрита Эпикур (342–270 гг. до н.э.) придал древнегреческой атомистике завершенность, предположив, что у атомов существует внутренний источник движения и они сами способны взаимодействовать друг с другом.

– Атомистическая теория Дальтона (1808 г.)

– Атомно-молекулярная теория:

1) Все вещества состоят из атомов

2) Атомы одного химического вещества (химический элемент) обладают одинаковыми свойствами, но отличаются от атомов другого вещества

3) При взаимодействии атомов образуются молекулы (гомоядерные — простые вещества, гетероядерные — сложные вещества)

4) При физических явлениях молекулы не изменяются, при химических происходит изменение их состава

5) Химические реакции заключаются в образовании новых веществ из тех же самых атомов, из которых состояли исходные вещества.

5. Используя дополнительную литературу и ресурсы Интернета, подготовьте презентацию или красочный стенд на тему «Современное научное оборудование и его роль в решении биологических задач». С каким оборудованием вы уже познакомились при изучении курса «Человек и его здоровье»? Для каких целей его используют? Можно ли медицинское оборудование считать биологическим? Объясните свою точку зрения.

Современное научное оборудование и его роль в решении биологических задач:

– Лазерного конфокального микроскопа

– Моторизированных флуоресцентных микроскопов

– Автоматический ротационный микротом

– Автоматический микротом с вибрирующим лезвием

– Стереомикроскоп stemi-2000 cs с системой осветителей проходящего и падающего света

– Высокоскоростной клеточный сортера используется для анализа и разделения клеток по принципу флуоресценции

– Спектрофотометр hitachi-557 предназначен для измерения коэффициента пропускания и оптической плотности растворов и твердых образцов

– Высокоэффективный жидкостный микроколоночный хроматограф

– Просвечивающий электронный микроскоп

– Аналитическая ультрацентрифуга

Можно ли медицинское оборудование считать биологическим? Объясните свою точку зрения.

Да, можно. Медицина – это отрасль биологической науки, изучающая организм человека, его болезни, их лечение и профилактику. Человек часть биосферы, живая биологическая система, поэтому оборудования, используемое в медицине - биологическое.

Ваша будущая профессия

1. Оцените роль науки в жизни каждого человека и общества в целом. Напишите эссе по данной теме. Обсудите в классе, существует ли в настоящее время профессиональная деятельность, на которую не влияет развитие науки.

Современная наука обладает удивительными возможностями. Еще в 1904 году Никола Тесла утверждал, что когда-то человек сможет посылать свою мысль на самые далекие расстояния. Спустя век это стало возможным. Информатизация общества достигла такого высокого уровня, что сейчас практически любую информацию человек может найти в интернете. В каждом доме и офисе сейчас есть уже и компьютер, и интернет. Они сделались настолько обыденными, что человек забывает об опасностях, связанных с их использованием. Однако наука на современном этапе пытается разрешить и такие проблемы, создавая новые отрасли внутри структуры научного сообщества. Исследует эти проблемы наука эргономика - наука, изучающая человека во взаимодействии с компьютером и другими машинами. Эргономика занимается комплексным изучением трудовой деятельности человека и поэтому объединяет многие научные дисциплины: физиологию, гигиену труда, психологию и др. Ученые стремятся найти пути снижения нагрузки на организм человека, связанной с работой на компьютере, принимают участие в создании совершенной и безопасной техники. Благодаря развитию медицины, биологии, генетики, эмбриологии человечество смогло найти «противоядие» от многих недугов. Наши предки не могли представить, что в XXI веке станет возможным выращивание новых человеческих органов для замены их на не функционирующие в организме пациентов.

2. Оцените значение информации в современном обществе. Какова роль информации в успешном профессиональном росте? Раскройте смысл высказывания премьер-министра Великобритании Уинстона Черчилля (1874—1965) «Кто владеет информацией — тот владеет миром».

В данном высказывании автор поднимает проблему роли информации в жизни человека. Этими словами автор хотел сказать, что если человек располагает ценными знаниями, то он может стать довольно успешным. Даже в современном обществе эта тема актуальна как никогда, так как с каждым годом становится всё больше информации и, если правильно ее подать, можно добиться больших успехов. 21 век – век технологий, прав и свобод, в особенности свободы слова и творчества. Информация всегда обладала исключительной важностью, с ее помощью переворачивали целые государства, свергали правительство и богатели. Для начала нужно вспомнить, что же такое информация. Все достаточно просто: информация – это сведения о положении дел, о состоянии чего-либо. Из этого простого определения вытекает масштабная сила и власть. Информация своего рода ресурс для успешного развития социальной жизнедеятельности (ресурс – запас, источник чего-либо). Итак, информация – это ресурс, который несомненно имеет свое влияние и на экономической стороне вопроса. Опираясь на приведенные факты, можно утверждать, что информация является неофициальным фактором производства. В свою очередь, фактором производства называют часть экономических ресурсов, которые реально участвуют в процессе производства (труд, земля, капитал, предпринимательские способности). Хорошим аргументом может послужить создание информационного оружия. Это оружие можно поставить в один ряд с самыми опасными боеприпасами человечества. Данная разработка не давит физически, но уничтожает морально. Она может заставить человека изменить его мнение, мировоззрение, всю его жизнь. Это оружие даже не массового уничтожения, а массового управления! Подводя итог, соглашаюсь с автором данного высказывания. Сейчас информации в достатке, так что если научиться ею правильно пользоваться, то вполне можно заполучить кусочек мира.

3. Попробуйте смоделировать ситуации, в которых вам могут пригодиться знания, полученные при изучении этой главы.

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. 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.

4. Специальность — комплекс приобретённых путём специальной подготовки и опыта работы знаний, умений и навыков, необходимых для определённого вида деятельности в рамках той или иной профессии. Профессия — социально значимый род занятий человека, вид его деятельности. Определите, что из ниже приведённого списка относится к специальности, а что — к профессии: биология, инженер-эколог, биотехнолог, экология, генный инженер, молекулярный биолог. Аргументируйте свой выбор.