Організми розвиваються за законами природи. Закони розвитку природи

Закони екології- загальні закономірності та принципи взаємодії людського суспільства з природним середовищем.

Значення цих законів полягає у регламентації характеру та спрямованості людської діяльності в межах екосистем різного рівня. Серед законів екології, сформульованих різними авторами, найбільшу популярність здобули чотири закони-афоризми американського вченого-еколога Баррі Коммонера (1974):

• «все пов'язано з усім»(Закон загального зв'язку речей та явищ у природі);
• «все має кудись подітися»(Закон збереження маси речовини);
• «ніщо не дається задарма»(Про ціну розвитку);
• «природа знає краще»(Про головний критерій еволюційного відбору).

З закону загального зв'язку речей та явищ у природі(«все пов'язано з усім») випливає кілька наслідків:

• закон великих чисел - сукупна дія великої кількостівипадкових чинників призводить до результату, майже залежить від випадку, тобто. має системний характер. Так, міріади бактерій у ґрунті, воді, тілах живих організмів створюють особливе, відносно стабільне мікробіологічне середовище, необхідне для нормального існування всього живого. Або інший приклад: випадкова поведінка великої кількості молекул у певному обсязі газу зумовлює цілком певні значення температури та тиску;
• принцип Ле Шательє (Брауна) -при зовнішньому впливі, що виводить систему зі стану стійкої рівноваги, Ця рівновага зміщується в напрямку, при якому ефект зовнішнього впливу зменшується. Біологічно він реалізується у вигляді здатності екосистем до саморегуляції;
• закон оптимальності- Будь-яка система функціонує з найбільшою ефективністю в деяких характерних для неї просторово-часових межах;
• будь-які системні зміни в природі мають прямий або опосередкований вплив на людину - від стану індивіда до складних суспільних відносин.

З закону збереження маси речовини(«все має кудись подітися») витікають щонайменше два постулати, що мають практичне значення:

Баррі Коммонер писаний «... глобальна екосистемає єдиним цілим, в рамках якого нічого не може бути виграно або втрачено і яке не може бути об'єктом загального поліпшення; все, що було витягнуто з неї людською працею, має бути відшкодовано. Платежу за цим векселем не можна уникнути; він може лише відстрочений. Нинішня криза довкілля свідчить, що відстрочка дуже затягнулася».

Принцип «природа знає краще»визначає насамперед те, що може і що не повинно мати місця у біосфері. Все в природі - від простих молекулдо людини - пройшло найжорстокіший конкурс на право існування. В даний час планету населяє лише 1/1000 випробуваних еволюцією видів рослин та тварин. Головний критерій цього еволюційного відбору - вписаність у глобальний біотичний кругообіг, Заповненість всіх екологічних ніш. У будь-якої речовини, виробленого організмами, повинен існувати фермент, що його розкладає, і всі продукти розпаду повинні знову залучатися в кругообіг. З кожним біологічним виглядом, який порушував цей закон, еволюція рано чи пізно розлучалася. Людська індустріальна цивілізація грубо порушує замкнутість біотичного круговороту у глобальному масштабі, що може залишитися безкарним. У цій критичній ситуації повинен бути знайдений компроміс, що під силу тільки людині, яка має розум і прагнення цього.

Окрім формулювань Баррі Коммонера сучасні екологи вивели ще один закон екології. "на всіх не вистачить" (закон обмеженості ресурсів).Вочевидь, що маса поживних речовин всім форм життя Землі кінцева і обмежена. Її не вистачає на всіх представників органічного світу, що з'являються в біосфері, тому значне збільшення чисельності та маси будь-яких організмів у глобальному масштабі може відбуватися тільки за рахунок зменшення чисельності та маси інших. На суперечність між швидкістю розмноження та обмеженістю ресурсів харчування стосовно народонаселення планети вперше звернув увагу англійський економістТ.Р. Мальтус (1798), який саме цим намагався довести неминучість соціальної конкуренції. У свою чергу Ч. Дарвін запозичив у Мальтуса поняття «боротьба за існування» для пояснення механізму природного відбору в живій природі.

Закон обмеженості ресурсів— джерело всіх форм конкуренції, суперництва та антагонізму у природі та, на жаль, у суспільстві. І скільки б не вважали класову боротьбу, расизм, міжнаціональні конфлікти суто соціальними явищами — всі вони своїм корінням сягають у внутрішньовидову конкуренцію, що набуває іноді набагато жорстокіших форм, ніж у тварин.

Істотна відмінність у цьому, що у природі внаслідок конкурентної боротьби виживають найкращі, а людському суспільстві- Це зовсім не так.

Узагальнену класифікацію екологічних законів надав відомий радянський учений Н.Ф. Реймерс. Їм дано такі формулювання:

• закон соціально-екологічної рівноваги(необхідності збереження рівноваги між тиском на середовище та відновленням цього середовища, як природним, так і штучним);
• принцип культурного управління розвитком(Накладення обмежень на екстенсивний розвиток, облік екологічних обмежень);
• правило соціально-екологічного заміщення(необхідність виявлення шляхів заміщення людських потреб);
• закон соціально-екологічної незворотності(Неможливість повороту еволюційного руху назад, від складних форм до більш простих);
• закон ноосфериВернадського (неминучість трансформації біосфери під впливом думки та людської праці в ноосферу — геосферу, в якій розум стає домінуючим у розвитку системи «людина-природа»).

Дотримання цих законів можливе за умови усвідомлення людством своєї ролі у механізмі підтримки стабільності біосфери. Відомо, що в процесі еволюції зберігаються ті види, які здатні забезпечувати стійкість життя і навколишнього середовища. Тільки людина, використовуючи силу свого розуму, може скерувати подальший розвитокбіосфери шляхом збереження дикої природи, збереження цивілізації та людства, створення більш справедливої соціальної системи, переходу від філософії війни до філософії миру та партнерства, любові та поваги до майбутніх поколінь. Все це складові нового біосферного світогляду, який має стати загальнолюдським.

Закони та принципи екології

Закон мінімуму

У 1840 р. Ю. Лібіхвстановив, що врожай часто обмежується не тими поживними речовинами, які потрібні у великих кількостях, а тими, яких потрібно небагато, але мало й у грунті. Сформульований їм закон говорив: «Речовою, що у мінімумі, управляється врожай, визначається величина і стійкість останнього у часі». Згодом до поживних речовин додали низку інших факторів, наприклад, температуру. Дія цього закону обмежують два принципи. Перший закон Лібіха суворо діє лише за умов стаціонарного стану. Точніше формулювання: «при стаціонарному стані лімітує буде речовина, доступні кількості якої найбільш близькі до необхідного мінімуму». Другий принцип стосується взаємодії факторів. Висока концентрація або доступність певної речовини може змінювати споживання мінімальної поживної речовини. Наступний закон сформульований у самій екології та узагальнює закон мінімуму.

Закон толерантності

Цей закон формулюється в такий спосіб: відсутність чи неможливість розвитку екосистеми визначається як недоліком, а й надлишком будь-якого з чинників (тепло, світло, вода). Отже, організми характеризуються як екологічним мінімумом, і максимумом. Занадто багато хорошого теж погано. Діапазон між двома величинами становить межі толерантності, у яких організм нормально реагує вплив середовища. Закон толерантності запропонував В. Шелфордв 1913 р. можна сформулювати ряд доповнюючих його пропозицій.

• Організми можуть мати широкий діапазон толерантності щодо одного фактора та вузький щодо іншого.
• Організми з широким діапазоном толерантності до всіх факторів зазвичай найпоширеніші.
• Якщо умови по одному екологічному фактору не є оптимальними для виду, то може звузитися діапазон толерантності до інших екологічних факторів.
• У природі організми дуже часто виявляються в умовах, що не відповідають оптимальному значеннютого чи іншого фактора, визначеного у лабораторії.
• Період розмноження зазвичай є критичним; у цей період багато факторів середовища часто виявляються лімітуючими.

Живі організми змінюють умови середовища, щоб послабити лімітуючий вплив фізичних факторів. Види з широким географічним поширенням утворюють адаптовані до місцевих умов популяції, які називаються екотипами.Їхні оптимуми та межі толерантності відповідають місцевим умовам.

Узагальнююча концепція лімітуючих факторів

Найбільш важливими факторами на суші є світло, температура та вода (опади), а в морі – світло, температура та солоність. Ці фізичні умови існування можутьбути лімітуючими та впливаючими сприятливо. Усі чинники середовища залежить один від одного і діють узгоджено. З інших факторів, що лімітують, можна відзначити атмосферні гази (вуглекислий газ, кисень) і біогенні солі. Формулюючи «закон мінімуму», Лібіх і мав на увазі лімітуючий вплив життєво важливих хімічних елементів, присутніх у середовищі у невеликих та непостійних кількостях. Вони називаються мікроелементами і до них належать залізо, мідь, цинк, бор, кремній, молібден, хлор, ванадій, кобальт, йод, натрій. Багато мікроелементів подібно до вітамінів діють як каталізатори. Фосфор, калій, кальцій, сірка, магній, які потрібні організмам у великих кількостях, називаються макроелементами. Важливим фактором, що лімітує, в сучасних умовах є забруднення природного середовища. Головний лімітуючий фактор, Ю. Одуму, -розміри та якість « ойкоса», або нашої « природної обителі»,а не просто кількість калорій, які можна вичавити із землі. Ландшафт не лише склад запасів, а й будинок, у якому ми живемо. «Слід прагнути до того, щоб зберегти, щонайменше, третину всієї суші як відкритий простір, що охороняється. Це означає, що третина всього нашого довкілля мають становити національні або місцеві парки, заповідники, зелені зони, ділянки дикої природи тощо». Територія, необхідна одній людині, різним оцінкамколивається від 1 до 5 га. Друга з цих цифр перевершує площу, яка припадає нині на одного жителя Землі.

Щільність населення наближається до людини на 2 га суші. Придатні для сільського господарства лише 24% суші. Хоча з площі лише 0,12 га можна отримати достатньо калорій, щоб підтримати існування однієї людини, для повноцінного харчування з великою кількістю м'яса, фруктів і зелені необхідно близько 0,6 га на людину. Крім того, потрібно ще близько 0,4 га для виробництва різного роду волокна (паперу, деревини, бавовни) та ще 0,2 га для доріг, аеропортів, будівель тощо. Звідси концепція «золотого мільярда», відповідно до якої оптимальною кількістю населення є 1 млрд осіб, і, отже, вже зараз близько 5 млрд «зайвих людей». Людина вперше за свою історію зіткнулася із граничними, а не локальними обмеженнями. Подолання лімітуючих факторів потребує величезних витрат речовини та енергії. Для подвоєння врожаю необхідно десятикратне збільшення кількості добрив, отрутохімікатів та потужності (тварини або машини). До лімітуючих чинників і чисельність популяції.

Закон конкурентного виключення

Цей закон формулюється так: два види, що займають одну екологічну нішу, не можуть співіснувати в одному місці необмежено довго.

Те, який вигляд перемагає залежить від зовнішніх умов. У подібних умовах перемогти може кожен. Важливою для перемоги обставиною є швидкість зростання популяції. Нездатність виду до біотичної конкуренції веде для його відтіснення та необхідності пристосування до більш важких умов та факторів.

Закон конкурентного винятку може й у людському суспільстві. Особливість його дії нині у тому, що цивілізації що неспроможні розійтися. Їм нема куди піти зі своєї території, тому що в біосфері немає вільного місця для розселення і немає надлишку ресурсів, що призводить до загострення боротьби з усіма наслідками, що звідси випливають. Можна говорити про екологічне суперництво між країнами і навіть екологічні війни або війни, зумовлені екологічними причинами. Свого часу Гітлер виправдовував агресивну політику нацистської Німеччини боротьбою за життєвий простір. Ресурси нафти, вугілля тощо. і тоді були важливими. Ще більшу вагу вони мають у ХХІ ст. До того ж додалася потреба територій для поховання радіоактивних та інших відходів. Війни — гарячі та холодні — набувають екологічного забарвлення. Багато подій у сучасній історії, наприклад розпад СРСР, сприймаються по-новому, якщо на них подивитися з екологічних позицій. Одна цивілізація може не тільки завоювати іншу, але використовувати її для корисливих з екологічного погляду цілей. Це буде екологічний колоніалізм. Так переплітаються політичні, соціальні та екологічні проблеми.

Основний закон екології

Одним з головних досягнень екології стало відкриття, що розвиваються не тільки організми та види, а й. Послідовність спільнот, які змінюють одна одну в даному районі, називається сукцесією.Сукцесія відбувається внаслідок зміни фізичного середовищапід впливом співтовариства, тобто. контролюється ним.

Висока продуктивність дає низьку надійність — ще одне формулювання основного закону екології, з якого випливає таке правило: «Оптимальна ефективність завжди менша за максимальну». Різноманітність відповідно до основного закону екології безпосередньо пов'язана зі стійкістю. Однак поки невідомо, наскільки цей зв'язок є причинно-наслідковим.

Деякі інші важливі для екології закони та принципи.

Закон емерджентності: ціле завжди має особливі властивості, відсутні в його частині.

Закон необхідної різноманітності: система не може складатися з абсолютно ідентичних елементів, але може мати ієрархічну організацію та інтеграційні рівні.

Закон незворотності еволюції: організм (популяція, вид) неспроможна повернутися до колишнього стану, здійсненому серед його предков.

Закон ускладнення організації: історичний розвитокЖивих організмів призводить до ускладнення їх організації шляхом диференціації органів та функцій.

Біогенетичний закон(Е. Геккель): онтогенез організму є коротке повторення філогенезу цього виду, тобто. індивід у своєму розвитку повторює скорочено історичний розвиток свого роду.

Закон нерівномірності розвитку елементів системи: системи одного рівня ієрархії розвиваються не суворо синхронно, в той час як одні досягають вищої стадії розвитку, інші залишаються менш розвиненому стані. Цей закон безпосередньо пов'язаний із законом необхідного розмаїття.

Закон збереження життя: життя може існувати лише у процесі руху через живе тіло потоку речовин, енергії, інформації.

Принцип збереження впорядкованості(Я. Пригожий): у відкритих системах ентропія не зростає, а зменшується доти, доки досягається мінімальна постійна величина, завжди більше нуля.

Принцип Ле Шательє-Брауна: при зовнішньому впливі, що виводить систему зі стану стійкої рівноваги, ця рівновага зміщується в тому напрямку, при якому ефект зовнішнього впливу послаблюється.

Принцип економії енергії(Л. Онсагер): при ймовірності розвитку процесу в деякій кількості напрямків, що допускаються початками термодинаміки, реалізується те, що забезпечує мінімум розсіювання енергії.

Закон максимізації енергії та інформації: найкращими шансами на самозбереження має система, найбільшою міроюсприяє надходженню, виробленню та ефективному використанню енергії та інформації; максимальне надходження речовини не гарантує системі успіху конкурентної боротьби.

Закон розвитку системи за рахунок довкілля: будь-яка система може розвиватися тільки за рахунок використання матеріально-енергетичних та інформаційних можливостей навколишнього середовища; абсолютно ізольований саморозвиток неможливий.

Правило Шредінгера«про харчування» організму негативною ентропією: упорядкованість організму вище навколишнього середовища, і організм віддає цього середовища більше невпорядкованості, ніж отримує. Це правило співвідноситься із принципом збереження упорядкованості Пригожина.

Правило прискорення еволюції: із зростанням складності організації біосистем тривалість існування виду в середньому скорочується, а темпи еволюції зростають. Середня тривалість існування виду птахів – 2 млн років, виду ссавців – 800 тис. років. Число вимерлих видів птахів та ссавців у порівнянні з усім їх числом велике.

Закон відносної незалежності адаптаціїВисока адаптивність до одного з екологічних факторів не дає такого ж ступеня пристосування до інших умов життя (навпаки, вона може обмежувати ці можливості через фізіолого-морфологічні особливості організмів).

Принцип мінімального розміру популяцій: існує мінімальний розмір популяції, нижче за яку її чисельність не може опускатися.

Правило представництва роду одним видом: в однорідних умовах та на обмеженій території таксономічний рід, як правило, представлений лише одним видом. Очевидно, це з близькістю екологічних ніш видів одного роду.

Закон збіднення живої речовини в острівних його згущення(Г.Ф. Хільмі): «Індивідуальна система, що працює у середовищі з рівнем організації нижчим, ніж рівень самої системи, приречена: поступово втрачаючи структуру, система через деякий час розчиниться у навколишньому середовищі». З цього випливає важливий висновок для людської природоохоронної діяльності: штучне збереження екосистем малого розміру (на обмеженій території, наприклад, заповідника) веде до їхньої поступової деструкції і не забезпечує збереження видів та угруповань.

Закон піраміди енергій(Р. Ліндеман): з одного трофічного рівняекологічної піраміди переходить на інший, більш високий рівень у середньому близько 10% енергії, що надійшла на попередній рівень. Зворотний потік із більш високих на нижчі рівні набагато слабший — не більше 0,5-0,25%, і тому говорити про кругообіг енергії в біоценозі не доводиться.

Правило обов'язковості заповнення екологічних ніш: порожня екологічна ніша завжди і обов'язково буває природно заповнена («природа не терпить порожнечі»).

Принцип формування екосистеми: Тривале існування організмів можливе лише в рамках екологічних систем, де їх компоненти та елементи доповнюють один одного та взаємно пристосовані. З цих екологічних законів і принципів випливають деякі висновки, справедливі для системи природне середовище». Вони належать до типу закону обмеження різноманітності, тобто. накладають обмеження на діяльність людини із перетворення природи.

Закон бумерангу: все, що витягнуто з біосфери людською працею, має бути повернено їй

Закон незамінності біосфери: біосферу не можна замінити штучним середовищем, як, скажімо, не можна створити нові види життя Людина неспроможна побудувати вічний двигун, тоді як біосфера і є практично «вічний» двигун.

Закон крокреневої шкіри : глобальний вихідний природно-ресурсний потенціал у ході історичного розвитку безперервно виснажується. Це випливає з того, що жодних принципово нових ресурсів, які могли б з'явитися, нині немає. Для життя кожної людини на рік потрібно 200 т твердих речовин, які він за допомогою 800 т води та в середньому 1000 Вт енергії перетворює на корисний для себе продукт. Все це людина бере з вже наявного в природі.

Принцип віддаленості події: нащадки що-небудь придумають для запобігання можливим негативних наслідків. Питання, наскільки закони екології можна переносити на взаємини людини з довкіллям, залишається відкритим, оскільки людина відрізняється від інших видів. Наприклад, більшість видів швидкість зростання популяції зменшується зі збільшенням її щільності; у людини, навпаки, зростання населення цьому випадку прискорюється. Деякі регулюючі механізми природи відсутні в людини, і це може бути додатковим приводом для технологічного оптимізму в одних, а для екологічних песимістів свідчити про небезпеку такої катастрофи, яка неможлива для жодного іншого виду.

Тип уроку: Вивчення нового матеріалу.

Ціль:Ознайомити учнів із систематичним становищем людини.

Завдання:

• 
  освітня:повідомити учням систему знань про риси подібності та відмінності людини та інших приматів, біосоціальну в природі людини.
• 
  розвиваюча:розвивати логічне мислення, увага, пам'ять учнів, уміння аналізувати запропонований матеріал; виробляти вміння роботи з підручником.
• 
  виховна:прищеплювати учням переконання про дбайливому відношеннідо свого організму.

Обладнання:

Підручник 8 класу

Робочий зошит

Таблиці

Презентація
План уроку:

1. 
   Організаційний момент – 2 хв.
2. 
   Повторно-навчальна робота – 10 хв.
3. 
   Викладення нового матеріалу – 20 хв.
4. 
   Закріплення нового матеріалу -10 хв.
5. 
   Підбиття підсумків та д/з – 3 хв.

Хід уроку:

1. 
   Організаційний момент
   • 
     Відмітка відсутніх учнів.
   • 
     Постановка цілей уроку.
   • 
     Перевірка готовності учнів та приладдя до проведення заняття.

1. 
   Повторно-навчальна робота.

Робота із картками.

1 картка.

1. 
   Який внесок у розвиток науки про людину зробили Геракліт, Арістотель?

Грецький мислитель Геракліт висловив думку, що організми розвиваються за законами природи і, пізнавши їх, можна використовувати ці закони на благо людей. Геракліт вважав, що світ безперервно змінюється. Йому належить крилата фраза: "В одну й ту ж річку не можна увійти двічі!"

Великий грецький мислитель Аристотель багато років займався порівнянням органів тварин та людини, вивчав їхній розвиток. Він звернув увагу на те, що будь-яке жива істотавідрізняється від неживих тіл чіткою та суворою організацією. Саме він запровадив термін «організм», що походить від слова «організація».

1. 
   Що таке анатомія людини?

1. 
   Який внесок Леонардо да Вінчі у розвиток анатомії?

1. 
   Що таке фізіологія людини?

3 картки.

1. 
   Який внесок у науку про кровообіг внесли Везалій та Гарвей?

Гарві відкрив два кола кровообігу: малий і великий.

1. 
   Як представляв Геракліт процеси, що відбуваються в природі?

Фронтальна розмова.

1. 
   Якому вченому належить крилата фраза: «В одну й ту саму річку не можна увійти двічі!»(Геракліт.)
2. 
   Цей вчений одним із перших став вивчати вплив на здоров'я людей природних факторів: води, їжі, температури, вологості та землі, на якій вирощують продукт. (Гіппократ).
3. 
   Цей вчений розкривав свійських і диких тварин і ретельно описував їх органи. (Клавдій Гален).
4. 
   Цей вчений дав назву головній кровоносній судині - "Аорта" (Арістотель).
5. 
   Він склав уперше класифікацію м'язів, зробив близько 800 точних малюнків різних органів. (Леонардо Да Вінчі).
6. 
   Хто окрім Леонардо да Вінчі виконував анатомічні малюнки (Рафаель Санті).
7. 
   Хто встановив, що лівий та правий шлуночки людського серця не повідомляються між собою (Андреас Везалій).
8. 
   Хто відкрив два кола кровообігу: малий та великий. (Вільям Гарві).
9. 
   Які вчені відкрили рефлекс. (Р.Декарт, І.М.Сєченов, І.П.Павлов).
10. 
    Ким було відкрито науку про імунітет. (Л.Пастер, І.І.Мечніков).

1. 
   Викладення нового матеріалу.

2 слайд.

Назвемо головну ознаку ми типу

Породнив з птахом і рибою,

І жабою гостромордою

Ця ознака – наявність хорди.

Які ознаки ще підтверджують приналежність типу Хордових?

Нервова трубка на спині зародка.

Зяброві щілини в горлянці.

Тип хордовий. У людини на ранніх стадіяхЕмбріонального розвитку закладається хорда, над нею формується нервова трубка, а під нею кишечник. (Рис. 1).

3 слайд. Серце на черевному боці тепер б'ється

І у процесі розвитку з хорди хребет тепер створюється

Ось за цими рисами скажемо точно

Нас відносять у підтип хребетних

Ознаки підтипу Хребетні.

Наявність двох пар вільних кінцівок.

Місцезнаходження серця на черевній стороні.

Розвиток хребетного стовпа.

Формується череп та щелепний апарат.

Головний мозок складається із 5 відділів.

Підтип хребетний . Людина формується внутрішній скелет, основою якого є хребет. Кровоносна система замкнута. Нервова система диференціюється на спинний та головний мозок, на периферії знаходяться нерви, нервові вузли. (Рис. 2).

Слайд 4. Наші брати за класом назавжди

Знайшли собі молочні залози

І ще біса згадати насмілюсь я

На три ряди у нас зуби діляться

І зародок усередині розвивається

Із середовищем він не рахується

Ось по цих рисах вражаючим

Ми ставимося до класу ссавців

Ознаки класу Ссавці.

Наявність дрібних, сальних, потових залоз.

Теплокровність.

Зуби трьох видів (корінні, ікла, різці).

Чотирикамерне серце.

Сильно розвинена кора мозку.

Волосся на поверхні тіла.

П'ять відділів хребта.

Діафрагма (дихальний м'яз).

Клас ссавці. Людина має грудобрюшну перешкоду – діафрагму, що у диханні. Вона поділяє порожнину тіла на грудну та черевну. Легкі ссавців складаються з трубок, що багаторазово гілкуються, закінчуються легеневими бульбашками – альвеолами, де відбувається газообмін. Тіло має постійну температуру. Серце чотирикамерне.

5 слайд. Загін примати. У людини п'ятипала кінцівка, на пальцях плоскі нігті, а не пазурі, великий палець протиставлений решті.

6 слайд. Сімейство гомінід, Крім людини, включає людиноподібних мавп: гібона, орангутану, горилу, шимпанзе. У них велика схожість із людиною в генному апараті. Мавпи і люди хворіють на багато однакових хвороб.(грип, віспа, СНІД, холера, черевний тиф).

7 солод. Рід Людина . Сучасна людина відрізняється від інших гомінідів розвиненим мозком, промовою, прямоходінням. У мавп хапальну функцію однаково зберегли і ноги, і руки. Хапальна функція людської руки вдосконалена, а ноги її втратили і тепер виконують лише опорну функцію. Пальці ніг стали коротшими, з'явилися склепіння стопи. З прямоходінням пов'язане виникнення згинів хребта. Завдяки цим змінам відбувається послаблення струсу, що виникають при рухах.

8 слайд. Перегляд Людина розумна – результат як біологічної, а й соціальної еволюції. Чим далі рухається людство шляхом історичного розвитку, тим більше значення набуває засвоєння досвіду попередніх поколінь, накопиченого в продуктах праці та в досягненнях науки і техніки.

Рудименти та атавізми як доказ тваринного походження людини.

Важливим доказом походження людини від тварин є наявність у її тілі рудиментів – це органи, які колись активно функціонували у наших предків, а зараз втратили своє значення, хоч і збереглися – повністю чи частково.

До рудиментарним органамв людському тілівідносять:

• 
  дрібні волоски на тілі
• 
  куприк
• 
  апендикс
• 
  дрібні м'язові волокна у шкірі
• 
  горбок на вушній раковині
• 
  третя повіка
• 
  зуби мудрості.

• 
  хвіст
• 
  густий волосяний покрив
• 
  додаткові соски
• 
  шийна фістула (залишки зябрової щілини)

1. 
   Закріплення нового матеріалу.

1. 
   Що таке рудимент? Наведіть приклади.

1. 
   Що таке атавізм? Наведіть приклади.

1. 
   Назвіть ознаки, які вказують на приналежність людини до підтипу хребетних, класу ссавців та загону приматів.

Формується внутрішній скелет

Кровоносна система замкнута

Нервова система диференціюється на спинний та головний мозок

Клас ссавців:

- діафрагма

- серце чотирикамерне

Постійна температура тіла.

Загін примати:

П'ятипала кінцівка

Плоскі нігті

Великий палець протиставлений усім іншим.

1. 
   Домашнє завдання.

Запитання в кінці параграфа.

>> Становлення наук про природу

§ 2. Становлення наук про людину

1. Що вам відомо про давню греко-римську культуру?
2. З якими іменами вона пов'язана?
3. Чому епоха Відродження дістала таку назву?

Людей завжди цікавили проблеми життя та смерті, способи боротьби з недугами, збереження здоров'яі довголіття, на відміну живого від неживого. Спочатку вважалося, що здоров'ям людини, її вчинками, життям та смертю керують боги. Але вже на рубежі VI і V століть до нашої ери грецький мислитель Геракліт (кінець VI-початок V ст. до н.е.) висловив думку, що організми розвиваються за законами природи і, пізнавши їх, можна використовувати ці закони на благо людей. Геракліт вважав, що світ безперервно змінюється. Йому належить крилата фраза: «В ту саму річку не можна увійти двічі!»

Великий грецький мислитель Аристотель (384-322 до зв. е.) багато років займався порівнянням органів тварин і людини, вивчав їх розвиток. Він звернув увагу на те, що будь-яка жива істота відрізняється від неживих тіл чіткою та суворою організацією.

Саме він запровадив термін «організм», що походить від слова «організація».
Аристотель першим із мислителів зрозумів, що душевна діяльність людини є властивістю її тіла і існує доти, доки живе тіло. Тепер ми знаємо, що душевна діяльність пов'язана з властивістю мозку отримувати, обробляти та використовувати інформаціюзадоволення потреб організму. Життя будь-якої істоти неможливе без інформації про стан довкілля.

Для розвитку медицини та гігієни багато зробив відомий медик античності Гіппократ (бл. 460 – бл. 377 до н. е.). Він одним із перших став вивчати вплив на здоров'ялюдей природних чинників: води, їжі, землі, де вирощують продукти, температуру і вологість повітря. Йому вдалося виявити причини хвороб, у яких винні самі люди.

Продовжувачем ідей Гіппократа був відомий римський лікар Клавдій Гален (130-200 н.е.). Він розкривав свійських та диких тварин і ретельно описував їх органи. Детально вивчивши будову кісток, м'язів та суглобів мавпи, Гален припустив, що людина влаштована подібним чином. Галену належать багато роботи про функції органів.

5. БІОЛОГІЧНІ КОНЦЕПЦІЇ ОПИСУ ПРИРОДИ

5.1. Особливості біологічного рівня організації матерії

Біологія(від грец. «Біос» – життя, «Логос» – вчення) – наука про живу природу.

Біологія вивчає живі організми - , бактерії, гриби, тварин та рослини. Нині Землі описано близько 3 млн. видів живих організмів (понад 100 тис. видів грибів, близько 500 тис. видів рослин і понад 2 млн. видів тварин). Проте реальне число видів Землі у кілька разів більше. Сучасний видовий склад – це лише близько 5% від видового розмаїття життя період її існування Землі.

По об'єктах, що вивчаються, біологію поділяють на самостійні науки – мікробіологію, ботаніку, зоологію, що включають приватні дисципліни: систематику(вивчає різноманітність та спорідненість різних груп живих організмів), морфологію(досліджує зовнішня будоваорганів та їх видозміни), анатомію(вивчає внутрішню будову), фізіологію(Вивчає процеси, що протікають в живих організмах).

За рівнем вивчення живої матерії розрізняють: молекулярну біологію, вчення про клітину – цитологію(від грец. «цитос» – клітина), вчення про тканини – гістологію(від грецьк. «гістос» – тканина), науку про органи – анатомію, біологію організмів, популяцій, видів тощо.

Єдині закономірності, характерні для всього живого та розкривають сутність життя, його форми та розвиток, становить предмет загальної біології . Універсальні властивостіживого – спадковість та мінливість вивчає генетика. Взаємини живих організмів між собою та з середовищем їх проживання вивчає екологія
(Від грец. «ойкос» - будинок, житло, місце проживання).

Різноманітність використовуваних методів та підходів хімії, фізики та математики для дослідження живої природи дозволяє виділити біохімію, молекулярну біологію, біофізику,
генну інженерію(Створення організмів з новими комбінаціями спадкових ознак і властивостей) та ін.

Світ живих істот, включаючи людину, представлений біологічними системами різної структурної організації та різного рівня підпорядкування. Усі живі організми (крім вірусів) складаються із клітин. Клітини одноклітинних організмів є цілісними, здатними виконувати всі необхідні для забезпечення життєдіяльності функції. Клітини багатоклітинних організмів спеціалізовані, тобто. можуть здійснювати лише якусь одну функцію і не здатні самостійно існувати поза організмом, взаємозв'язок багатьох клітин призводить до створення нової якості, не рівнозначної простої їх сумі. Елементи організму – клітини, тканини та органи – в сумі ще не є цілісним організмом. Лише поєднання їх у історично сформований у процесі еволюції порядок та його взаємодія утворюють цілісний організм, здатний існувати у навколишньому середовищі динамічному рівновазі з нею.

Походження життя Землі. Основні теорії виникнення життя. Креаціонізм, мимовільне зародження життя, стаціонарного стану, панспермії. Теорія біохімічної еволюції. Теорія коацерватів А.І. Опарину: органічні речовини могли синтезуватися з простих сполук під впливом інтенсивної сонячної радіації. Вирішальну роль у перетворенні неживого на живе зіграли білки. Досліди Стенлі Міллера. Природа перших організмів – гетеротроф. Симбіогенез як можливий шляхформування клітини еукаріотів.

Цитологія – наука про клітину. Клітина – система мембран. Вперше назву клітина застосував Роберт Гук. Одноклітинні організми відкрив Антон Левенгук. Т. Шван сформулював клітинну теорію. Карл Бер відкрив яйцеклітину ссавців.

Сучасна клітинна теорія:

Клітина– основна одиниця будови та розвитку всіх живих організмів, найменша одиниця живого.

Клітини всіх одноклітинних та багатоклітинних організмів подібні (гомологічні) за своєю будовою, хімічного складу, основним проявам життєдіяльності та обміну речовин.

Розмноження клітин відбувається шляхом їхнього поділу і кожна клітина утворюється в результаті поділу вихідної (материнської) клітини.

У складних багатоклітинних організмах клітини спеціалізовані за виконуваною ними функцією і утворюють тканини; з тканин складаються органи, які тісно пов'язані між собою та підпорядковані нервовим та гуморальним системам регуляції.

Прокаріоти та еукаріоти. Особлива – неклітинна форма життя – віруси.

Оболонка клітини. Багатошарова мембрана, що складається з білків та ліпідів. Функції: бар'єр, транспорт – обмін речовин, механічне з'єднання з допомогою виростів і каналів. Дифузія, осмос, фільтрація, вибіркова проникність, фагоцитоз, піноцитоз. Органоїди – органи клітини та виконувані ними основні функції.

Хімічний склад клітини: ліпіди, вуглеводи, білки.

Склад та функції білків.Полімери складаються з багатьох мономерів – амінокислот. У всіх амінокислот є однакова частина, що складається з аміногрупи та карбоксильної групи, інша частина амінокислот різна – називається радикалом. Структура білка: первинна, вторинна, третинна, четвертинна.

Нуклеїнові кислоти. ДНК, РНК - полімери, складаються з нуклеотидів. Склад: азотна основа, вуглевод і фосфорна кислота. Аденін, гуанін, цитозин, тимін.Подвоєння молекули ДНК відбувається за принципом компліментарності.

Обмін речовин. 1) Забезпечення клітини будівельним матеріалом- Пластичний обмін. 2) Забезпечення клітини енергією – енергетичний обмін. Постійний обмін речовин та енергії. Відкрита система

Енергетичний обмін(зокрема, одержання клітиною енергії) відбувається за рахунок розщеплення аденозинтрифосфорної кислоти до аденозиндифосфорної кислоти. АТФ структурою належить до нуклеотидам. У ній містяться залишки азотистої основи (аденіну), вуглеводу (рибози) та три залишки фосфорної кислоти. Під впливом певних ферментів вона піддається гідролізу, тобто. приєднує молекулу води та розщеплюється. Відновлення запасу АТФ йде у дві стадії: гліколіз – безкисневе розщеплення та дихання – кисневе розщеплення. Беруть участь численні ферменти. Основна умова нормальної течії кисневого процесу – цілісність мітохондріальних мембран.

Автотрофи та гетеротрофи. Фотосинтез - синтез органічних сполук, що відбувається за рахунок енергії сонячного випромінювання. Світлова фаза та темнова фаза. Хемосинтез присутній у азотфіксуючих та нітрифікуючих бактерій. Окислення аміаку в азотну кислоту. Окислення азотистої кислоти в азотну.

Код ДНК.
Відрізок молекули ДНК, Що містить інформацію про первинну структуру одного певного білка, називається геном.У молекулі ДНК міститься кілька сотень генів. На молекулах ДНК записана та зберігається інформація про первинну структуру всіх білків цієї клітини. Транскрипція. Розмноження та індивідуальний розвиток організмів. Одне з властивостей живого – дискретність, тобто будь-якому рівні організації жива матерія представлена ​​елементарними структурними одиницями. Для клітини – це органоїд та її цілісність обумовлюється постійним відтворенням ноорганоїдів замість зносившихся. Кожен організм складається із клітин. Розвиток та існування організму забезпечується розмноженням клітин.

Тваринний світ та світ рослин складаються з окремих одиниць – видів. Кожна особина цього виду смертна і існування видів підтримується розмноженням організмів. Таким чином, дискретність життя передбачає її відтворення, тобто процес розмноження.

Дві основні форми розмноження – статеве та безстатеве, статеве – зміна поколінь та розвиток організмів при утворенні спеціалізованих статевих клітин. При безстатевому розмноженні нова особина утворюється з неспеціалізованих тіток тіла - соматичних, нестатевих.

При безстатевому розмноженні процес розподілу клітин називається мітозом. Генотип ідентичний материнському.

Статеве розмноженнядає генетичну перевагу порівняно з безстатевим. Відбуваються комбінації генів, що належать обом батькам. Оскільки рекомбінація генів відбувається у кожному поколінні, це дає значно багатший матеріал для еволюції, ніж мутаційний процес.

Основне напрям еволюції статевого розмноження – сингамія, тобто. запліднення, при якому обов'язково злиття двох статевих клітин, що походять від різних особин. Такий тип статевого розмноження найкраще забезпечує генетична різноманітністьпотомства.

Гаметогенез – розвиток статевих клітин. Вони містяться гаплоїдний набір хромосом – удвічі менше, ніж у соматичних клітинах. Процес утворення статевих клітин – мейоз. Біологічна роль мейозу полягає у підтримці сталості хромосомного набору, властивого даному виду організмів Функції сперматозоїда – внесення генетичної інформаціїу яйцеклітину та активація її розвитку. У яйцеклітині закладено всі основні чинники, що дозволяють організму розвиватися. У деяких тварин яйцеклітина може розвиватися без запліднення – партеногенез. При партеногенезі утворюються особини лише однієї статі – чоловічої чи жіночої.

Індивідуальний розвиток (онтогенез) - процес реалізації генетичної інформації, отриманої від батьків. Ембріональний та постембріональний періоди.

Початкові стадії ембріонального розвитку.

1) Дроблення – багатоклітинний зародок – бластула. Клітини мають диплоїдний набір хромосом, однакові за будовою, тобто. клітини бластули не диференційовані.

2) Гаструляція – утворюються перші ембріональні тканини. Відбувається диференціація клітин. Виникають два зародкові листки - зовнішній ектодерма і внутрішній - ентодерма. Потім формується новий зародковий листок – мезодерма. Клітини кожного листка відрізняються особливостями будови. Зародкові листки займають певне становище у зародку і дають початок відповідним органам.

3) Первинний органогенез - комплексу осьових органів зародка - нервової трубки, хорди, кишкової трубки.

З тих самих зародкових листківу різних видівутворюються одні й самі тканини і органи. Це говорить про гомологічність зародкових листків, що, у свою чергу, є одним із доказів єдності тваринного світу.

Постембріональний період розвитку починається в останній момент народження або виходу організму з яйцевих оболонок. Розвиток може бути прямим або супроводжуватись метаморфозом. При прямому розвитку з яйцевих оболонок або з тіла матері виходить організм невеликих розмірів, але в ньому закладені всі основні органи, властиві дорослій тварині (безхребетні з неповним перетворенням, плазуни, птахи, ссавці). У період постембріонального розвитку відбувається значне зростання організму та статеве дозрівання.

При розвитку з метаморфозом з яйця виходить личинка, яка іноді не має подібності з дорослим організмом, зі спеціальними личинковими органами, які відсутні в дорослому стані. Личинка росте та розвивається. Личинкові органи замінюються органами дорослого організму. Метаморфоз пов'язаний зі зміною способу життя або довкілля. Значення полягає в тому, що личинки можуть самостійно харчуватися та ростуть, накопичуючи клітинний матеріал для формування органів, властивих дорослим тваринам. Зміна життєвих фаз дозволяє вигляду різноманітніше використовувати екологічні ніші, що є в біоценозі, а також несе розселювальну функцію.

Закон зародкової схожості Карла Бера.Поява в ембріональному періоді розвитку сучасних тварин ознак, властивих далеким предкам, відбиває еволюційні перетворення на будову органів.

Біогенетичний закон Мюллера та Геккеля. Онтогенез кожної особини є коротке та швидке повторення філогенезу виду,до якого ця особина належить.

А.Н.Северцов встановив, що у індивідуальному розвитку проявляються ознаки не дорослих предків, які зародків. Таким чином, основу філогенезу становлять зміни, які у онтогенезі окремих особин.

Генетикавивчає дві фундаментальні властивості живих організмів – спадковість та мінливість. Спадковість – це властивість батьків передавати свої ознаки та особливості розвитку наступному поколінню. Забезпечення спадкоємності властивостей лише одна зі сторін спадковості; друга сторона – забезпечення точної передачі специфічного кожного організму типу розвитку, становлення під час онтогенезу певних ознак і властивостей, певного типу обміну речовин. Клітини, якими здійснюється наступність поколінь, – статеві при статевому розмноженні і соматичні при безстатевому – несуть у собі лише зачатки можливості розвитку ознак і властивостей. Ці зачатки отримали назву генів. Ген – це ділянка молекули ДНК (або ділянка хромосоми), що визначає можливість розвитку окремої елементарної ознаки. За наявності в організмі (генотипі) будь-якого гена ознака, обумовлена ​​цим геном, може і не проявитися. Можливість розвитку ознак значною мірою залежить від умов довкілля. У всіх організмів цього виду кожен ген розташовується в тому самому місці (або локусі) строго певної хромосоми. Гаплоїдний та диплоїдний набір хромосом. Алельні генита множинний алелізм. Генотип та фенотип.

Закони Менделя. Гібридне потомство. Явище переважання у гібрида ознак одного з батьків Мендель назвав домінуванням. Ознака – домінантна. Пригнічений – рецесивний. Гомозиготний та гетерозиготний організми. Неповне домінування. Явище розщеплення.

Чистоти гамет. Аналізуючий схрещування. Зчеплене успадкування генів – явище спільного успадкування генів, локалізованих однієї хромосомі, а локалізація генів лише у хромосомі – зчепленням генів.

Генетика визначення статі. Хромосоми, однакові в обох статей, називаються аутосомами. Статеві хромосоми ті, за якими чоловіча та жіноча підлоги відрізняються один від одного. Гомогаметний XX. Гетерогаметний ХУ. Спадкування, зчеплене із підлогою.

Методи генетичних досліджень: гібридологічний метод (метод схрещування); цитогенетичний метод; генеалогічний метод; близнюковий метод.

Закономірності мінливості. Мінливість - процес, що відображає взаємозв'язок організму із зовнішнім середовищем (генотипова та модифікаційна). Спадкові зміни – мутації.Зміни, викликані чинниками довкілля, є спадковими. Ступінь варіювання ознаки називається нормою реакції. Гомологічні ряди Вавілова.

Розвиток біології в додарвінівський період. Витоки еволюційного вчення - думки натурфілософів Стародавньої Греції.

Основні знання про навколишній світ отримані в період починаючи з епохи Відродження до теперішнього часу. Епоха Відродження - уявлення про абсолютну незмінність природи. Вершиною штучної систематики стала система До. Ліннея у середині XVIII століття. Вчений-метафізик XVIII ст. Ж. Кюв'є - види тварин створені Творцем і залишаються незмінними.

Перша теорія еволюційного розвитку органічного світу створена кінці XVIII – початку ХІХ століть Ж.-Б. Ламарком. Еволюційне вчення Ламарка будується на визнанні мінливості організмів внаслідок впливу довкілля та успадкування набутих ознак.

К. Рульє (російський учений) – середина ХІХ століття – вважав, що у загальному закону природи все організми утворюються шляхом повільних і незмінних змін. Найбільший російський ембріолог YIX століття К. Бер обгрунтував закон зародкової схожості. У другій чверті ХІХ століття М. Шлейден і Т. Шванн створили клітинну теорію – наукове обгрунтування єдності тваринного світу.

Основні ідеї еволюційного вчення Дарвіна:

Вчення про природний відбір. Кожен вид організмів прагне безмежного розмноження, але більшість організмів гине, не залишивши потомства. Причини загибелі – конкуренція з представниками свого виду за корм, напад ворогів, несприятливих абіотичних чинників. Слід другий висновок: у природі відбувається безперервна боротьба існування. Дарвін виділив 3 форми боротьби за існування:а) внутрішньовидову; б) міжвидову; в) боротьбу з неживою природою – несприятливими умовами. У природі відбуваються процеси вибіркового знищення одних особин та переважного розмноження інших, це явище Ч. Дарвін назвав природним відбором чи виживанням найбільш пристосованих.

При зміні умов довкілля змінюється напрям тиску відбору і корисними виживання виявляються якісь інші ознаки проти існуючими. Рушійною силою зміни видів, тобто. еволюції є природний відбір. Матеріалом для відбору є спадкова мінливість.

В основі еволюційної теоріїЧ. Дарвіна лежить уявлення про вид. Видомназивається сукупність особин, подібних за будовою, що мають загальне походження, вільно схрещуються між собою і дають плідне потомство

Однією з найважливіших характеристик виду є його репродуктивна ізоляція. Реально вигляд існує як популяцій. Населенняє елементарною одиницею еволюції.

Вчення про мікроеволюцію складає ядро ​​сучасного дарвінізму. Мікроеволюція- Процес, що йде на рівні популяцій. Освіта нового виду – це результат мікроеволюції.

У мікроеволюційному процесі виділяються елементарні одиниці, явища та процеси. Елементарна еволюційна одиниця – населення, елементарний еволюційний матеріал – спадкова мінливість, елементарні фактори еволюції: а) мутаційний процес; б) популяційні хвилі (хвилі здизни); в) ізоляція; г) природний відбір.

Мутаційний процесведе до зміни частот окремих алелів (генів) у популяції та є постачальником нового матеріалу у популяцію. Підтримуючи високий рівень генетичного розмаїття популяцій, він створює основу дії природного добору. Багато мутацій виявляються федними. Знешкодження мутацій відбувається в результаті толового процесу. Безмежна мінливість була б шкідливою, але вироблені механізми, які не тільки збільшують мінливість, а й знижують її.

Популяційні хвилічи коливання чисельності популяцій. Дія хвиль життя передбачає невибіркове випадкове знищення особин, завдяки чому рідкісний перед початком хвилі алель може стати простим і бути підхоплений природним добором. Вплив популяційних хвиль може бути особливо помітним у популяціях малої величини. Хвилі життя – постачальники еволюційного матеріалу.

Ізоляція.Ізоляція – виникнення будь-яких бар'єрів, що обмежують панміксію. Ізоляція закріплює та посилює початкові стадії генетичної диференціювання, без цього закріплення неможливе формоутворення (видоутворення). Важлива характеристика- Тривалість ізоляції. У природі існують: просторова та біологічна ізоляції (біотопічна, етологічна, морфофізіологічна).

Природний відбір- Це єдиний спрямований еволюційний фактор, рушійна сила еволюції. Причини природного відбору: гетерогенність особин, прогресія розмноження та тиск життя. У всіх випадках надмірна чисельність та екологічна передумова природного відбору – боротьба за існування. Об'єкт відбору – особини чи групи особин. У межах популяції відбираються, тобто переважно залишають потомство особини, які мають якісь переваги над іншими, тобто. у процесі природного відбору важливим є диференціальне розмноження особин. З позицій генетики під природним відбором слід розуміти вибіркове відтворення різних генотипів. Головне значення еволюції має саме виживання особин, які внесок у генофонд популяції.

Існує важливе обмеженнясфери дії відбору. Він може змінити організацію виду без користі цього виду. Однак відбір часто веде до створення ознак та властивостей, невигідних для окремої особини та корисних для популяції загалом (жало бджоли). Природний відбір експериментально доведений.

Основні форми природного відбору у популяціях.

Стабілізуючий відбір. Це форма природного відбору, спрямованого на підтримку в популяціях середнього значення, що склалося, значення, ознаки. Діє доти, доки умови життя суттєво не змінюються.


Рухомий відбір. Рушною (або спрямованою) формою відбору прийнято називати відбір, що сприяє зсуву середнього значення ознаки чи властивості. Такий відбір сприяє закріпленню нової норми замість старої, що прийшла у відповідність до умов, що змінюються.


Дизруптивний відбір. Дизруптивний відбір спрямований проти особин із середнім та проміжним характером ознак і веде до встановлення поліморфізму в межах популяцій. Населення хіба що розривається за цією ознакою кілька груп.


Інші, більш приватні форми відбору: статевий, індивідуальний, груповий.


Результат дії природного відбору – виникнення адаптації або пристроїв,наприклад, таких як запобіжне забарвлення, мімікрія, що застерігає забарвлення, різні засоби захисту у рослин і тварин.


Доцільність живої природи- Результат історичного розвитку видів у певних умовах. Тому вона завжди відносна та має тимчасовий характер. Жодна з пристосувальних ознак не забезпечує абсолютної безпеки. Будь-які пристрої доцільні тільки в звичайній для виду обстановці. За зміни умов середовища вони виявляються марними або навіть шкідливими (різці гризунів).


Преадаптація. У деяких випадках у тварин виявляються розвиненими ті органи або структури, які можуть виявитися корисними для освоєння нового середовища проживання. Такі явища мають назви передадаптацій.


Видоутворення – джерело виникнення різноманіття живої природи. Видоутворення - це поділ насамперед єдиного виду на два або кілька. Основні шляхи та способи видоутворення – алопатричне (географічне) та симпатричне.


Макроеволюція.Під нею розуміється еволюція організмів вище видового рівня. Гранню між мікро- і макроеволюцією є етап формування видів, видоутворення. Після утворення виду єдність та безперервність еволюційного процесу не порушується. На тлі безперервно поточного мікроеволюційного процесу при видоутворенні відбуваються значні макроеволюційні події. Однією з таких найбільш загальних макроеволюційних подій може розглядатися виникнення складної системи форм споріднених організмів, які повністю біологічно ізольовані і утворюють ієрархічну систему таксонів:


вид – рід – сімейство – загін – клас тощо.


Макроеволюційні процеси. Філогенез – чи еволюція великих систематичних груп (вище видового).


Первинні форми філогенезу:


1. Філетична еволюція – процес зміни вихідного виду. У процесі філетичної еволюції виходить філітичне дерево. На відміну від мікро
еволюційного процесу філетична еволюція необоротна.
2. Дивергенція. Це інша первинна формаеволюції таксона (виду). В результаті зміни напряму відбору різних умоввідбувається дивергенція (розбіжність) гілок дерева життя від єдиного стовбура предків. Процеси дивергенції в макроеволюції необоротні.


Більш приватні макроеволюційні процеси конвергенція та паралелізм.Конвергенція чи виникнення різних ознаку систематично далеких, неспоріднених групах (крило метелика та кажанів). Паралелізм – формування подібного фенотипічного вигляду у тих, що спочатку розійшлися (дивергували), але споріднених груп.


Напрями еволюції. Арогенез – перехід эволюционирующей групи на нову адаптивну зону (крило птиці, кистеперость риб тощо.). Аллогенез (ідеоадаптації) - еволюція групи всередині однієї адаптивної зони.


Правила еволюції:незворотності еволюції – організм не може повернутися до колишнього стану; правило прогресуючої спеціалізації – еволюціонуюча група йде шляхом дедалі глибшої спеціалізації; правило походження від неспеціалізованих предків – нові великі групи беруть початок від порівняно неспеціалізованих предків; правило адаптивної радіації – еволюція будь-якої групи супроводжується поділом її на ряд філогенетичних стовбурів, які розходяться в різних адаптивних напрямках від вихідного середнього стану.


Сучасні проблеми еволюційного вчення. Нейтральна еволюція або поступова еволюція за рахунок накопичення молекулярних змін (мутацій), дрейфу генів та інших процесів.


Монофілія та поліфілія різних таксономічних груп. Сітчаста еволюція – походження таксонів гібридогенним шляхом та один із можливих механізмів поліфілітичного походження деяких груп. Гіпотеза симбіогенезута поліфілітичне походження типів та царств природи.


Проблеми еволюції екосистем. Стійкість екосистем та переважання у непорушених екосистемах стабілізуючого відбору. Сильна взаємозв'язок видів у екосистемах породжує їх одночасну чи сполучену еволюцію (коеволюцію) при глобальних змін Землі.


5.1.1. Рівні організації живої матерії


Рівень організації живої матерії – це функціональне місце біологічної структури певної міри складності у загальній ієрархії живого. Вирізняють такі рівні організації живої матерії:


1.
Молекулярний (Молекулярно-генетичний).На цьому рівні жива матерія організується в складні високомолекулярні органічні сполуки, такі як білки, нуклеїнові кислоти та ін.


2.
Субклітинний (Надмолекулярний).На цьому рівні жива матерія організується в органоїди: хромосоми, клітинну мембрану, ендоплазматичну мережу, мітохондрії, комплекс Гольджі, лізосоми, рибосоми та інші субклітинні структури


3.
Клітинний . На цьому рівні жива матерія представлена ​​клітинами. Клітина є елементарною структурною та функціональною одиницею живого.


4.
Органно-тканинний . На цьому рівні жива матерія організується у тканині та органи. Тканина - сукупність клітин, подібних до будови та функцій, а також пов'язаних з ними міжклітинних речовин. Орган – частина багатоклітинного організму, яка виконує певну функцію чи функції.


5.
Організмовий (онтогенетичний).На цьому рівні жива матерія представлена ​​організмами. Організм (особина, індивід) - неподільна одиниця життя, її реальний носій, що характеризується усіма її ознаками.


6.
Популяційно-видовий . На цьому рівні жива матерія організується у популяції. Населення – сукупність особин одного виду, що утворюють відокремлену генетичну систему, яка тривалий час існує в певній частині ареалу відносно відокремлено від інших сукупностей того ж виду. Вид – сукупність особин (популяцій особин), здатних до схрещування із заснуванням плідного потомства і які у природі певну область (ареал).


7.
Біоценотичний . На цьому рівні жива матерія утворює біоценози. Біоценоз - сукупність популяцій різних видів, що мешкають на певній території.


8.
Біогеоценотичний . На цьому рівні жива матерія формує біогеоценози. Біогеоценоз – сукупність біоценозу та абіотичних факторів довкілля (клімат, грунт).


9.
Біосферний . На цьому рівні жива матерія формує біосферу. Біосфера – оболонка Землі, перетворена діяльністю живих організмів.


Передбачити властивості кожного наступного рівня на основі властивостей попередніх рівнів неможливо так само, як не можна передбачити властивості води, виходячи з властивостей кисню та водню. Таке явище зветься емерджментність,тобто наявність у системи особливих, якісно нових властивостей, які не притаманні сумі властивостей її окремих елементів. З іншого боку, знання особливостей окремих складових системи значно полегшує вивчення.


5.1.2. Властивості живих систем


М. В. Волькенштейном запропоновано наступне визначенняжиття: «Живі тіла, існуючі Землі, є відкриті, саморегулюючі і самовідтворювані системи, побудовані з біополімерів – білків і нуклеїнових кислот».


Проте досі загальновизнаного визначення поняття «життя» немає. Але можна виділити
ознаки (властивості) живої матерії, відрізняють її від неживої.


1.
Певний хімічний склад. Живі організми складаються з тих самих хімічних елементів, що й об'єкти неживої природи, проте співвідношення цих елементів по-різному. Макроелементами живих істот є вуглець С, кисень Про, азот N та водень Н (у сумі близько 98% складу живих організмів), а також кальцій Са, калій К, магній Мg, фосфор Р, сірка S, натрій Nа, хлор Сl, залізо Fе (у сумі близько 1-2%). Хімічні елементи, які входять до складу живих організмів і виконують біологічні функції, називаються
біогенними. Навіть ті з них, які містяться в клітинах у мізерно малих кількостях (марганець Mn, кобальт Со, цинк Zn, мідь Сu, бор В, йод I, фтор F та ін; їх сумарний вміст у живій речовині становить близько 0,1 % ), нічим не можуть бути замінені та абсолютно необхідні для життя. Хімічні елементи входять до складу клітин у вигляді іонів та молекул неорганічних та органічних речовин. Найважливіші неорганічні речовини у клітині – вода (75–85 % від сирої маси живих організмів) і мінеральні солі(1–1,5 %), найважливіші органічні речовини – вуглеводи (0,2–2,0 %), ліпіди (1–5 %), білки (10–15 %) та нуклеїнові кислоти (1–2 %).


2.
Клітинна будова. Усі живі організми, окрім вірусів, мають клітинну будову.


3.
Обмін речовин (метаболізм) та енергозалежність. Живі організми є відкритими системами, вони залежать від надходження до них із зовнішнього середовища речовин та енергії. Живі істоти здатні використовувати два види енергії. світловуі хімічну, і тому ознакою поділяються на дві групи: фототрофи (організми, що використовують для біосинтезу світлову енергію – рослини, ціанобактерії) та хемотрофи (організми, що використовують для біосинтезу енергію хімічних реакційокислення неорганічних сполук– нітрифікуючі бактерії, залізобактерії, серобактерії та ін.). Залежно від джерел вуглецю живі організми поділяють на: автотрофи (організми, здатні створювати органічні речовини з неорганічних – рослини, ціанобактерії), гетеротрофи (організми, які використовують як джерело вуглецю органічні сполуки – тварини, гриби та більшість бактерій) та міксотрофи (організми, які можуть синтезувати органічні речовини з неорганічних, так і харчуватися готовими органічними сполуками (комахоїдні рослини, представники відділу евгленових водоростей та ін.).


Харчові речовини, що потрапили в організм, залучаються до процесів метаболізму- Обміну речовин. Виділяють дві складові метаболізму - катаболізм і анаболізм.


Катаболізм(енергетичний обмін, дисиміляція) -сукупність реакцій, що призводять до утворення простих речовин з більш складних (гідроліз полімерів до мономерів та розщеплення останніх до низькомолекулярних сполук Вуглекислий газ, води, аміаку та ін речовин). Катаболічні реакції йдуть зазвичай із вивільненням енергії. Енергія, що вивільняється під час розпаду органічних речовин, не відразу використовується клітиною, а запасається у формі високоенергетичних сполук, як правило, у формі – аденозинтрифосфату (АТФ) . Синтез АТФ відбувається у клітинах всіх організмів у процесі фосфорилювання, тобто. приєднання неорганічного фосфату до АДФ Катаболізм поділяється на кілька етапів:


1) підготовчий етап (розщеплення складних вуглеводівдо простих - глюкози, жирів до жирних кислотта гліцерину, білків до амінокислот);


2) безкисневий етап дихання - гліколіз, В результаті глюкоза розщеплюється до ПВК (піровиноградної кислоти); в результаті утворюється 2АТФ (з 1 моль глюкози). У анаеробів або у аеробів при його нестачі кисню протікає бродіння.


3) кисневий етап – дихання- Повне окислення ПВК здійснюється в мітохондріях еукаріотів у присутності кисню і включає дві стадії: ланцюг послідовних реакцій - цикл Кребса(цикл трикарбонових кислот) та цикл перенесення електронів; в результаті утворюється 36АТФ (з 1 моль глюкози).


Анаболізм(Пластичний обмін, асиміляція) -поняття, протилежне катаболізму: сукупність реакцій синтезу складних речовинз найпростіших (освіта вуглеводів з вуглекислого газу та води в процесі фотосинтезу, реакції матричного синтезу). Для перебігу анаболічних реакцій потрібні витрати енергії. Найбільш важливим метаболічним процесом пластичного обміну є фотосинтез (Фотоавтотрофія) - синтез органічних сполук з неорганічних за рахунок енергії світла.


Процеси пластичного та енергетичного обміну нерозривно пов'язані між собою. Всі синтетичні (анаболічні) процеси потребують енергії, що постачається під час реакцій дисиміляції. Самі реакції розщеплення (катаболізму) протікають лише з участю ферментів, синтезованих у процесі асиміляції.


4.
Саморегуляція (гомеостаз). Живі організми мають здатність підтримувати гомеостаз – сталість свого хімічного складу та інтенсивність обмінних процесів.


5.
Подразливість. Живі організми виявляють дратівливість, тобто здатність відповідати на певні зовнішні дії. специфічними реакціями. Реакція багатоклітинних тварин на роздратування здійснюється за участю нервової системи – рефлекс.Реакція на роздратування у найпростіших тварин називається – таксіс, що виражається у зміні характеру та напрямки руху. Стосовно подразника виділяють фототаксис – рух під впливом джерела світла, хемотаксис – переміщення організму залежно від концентрації хімічних речовинта ін Виділяють позитивний чи негативний таксис залежно від того, чи діє подразник на організм позитивно чи негативно. Реакція на подразнення рослин – тропіз,
що виражається у певний характер зростання. Так, геліотропізм (від грец. «Геліос» – Сонце) означає зростання наземних частин рослин (стебла, листя) у напрямку до Сонця, а геотропізм (від грец. «Гея» – Земля) – зростання підземних частин (коренів) у напрямку до Сонця. центру Землі.


6.
Спадковість. Живі організми здатні передавати постійними ознаки та властивості з покоління до покоління за допомогою носіїв інформації – молекул ДНК та РНК.


7.
Мінливість. Живі організми здатні набувати нові ознаки та властивості. Мінливість створює різноманітний вихідний матеріалдля природного добору, тобто. відбору найбільш пристосованих особин до конкретних умов існування природних умовщо у свою чергу призводить до появи нових форм життя, нових видів організмів.


8.
Самовідтворення (розмноження). Живі організми здатні розмножуватись – відтворювати собі подібних. Завдяки розмноженню здійснюються зміна та наступність поколінь. Прийнято розрізняти два основні типи розмноження:


- Безстатеве розмноження(бере участь одна особина) найбільш поширене серед прокаріотів, грибів і рослин, але зустрічаються і в різних видів тварин. Основні форми безстатевого розмноження: поділ, спороутворення, брунькування, фрагментація, вегетативне розмноження та клонування ( клон- Генетична копія однієї особини).


- Статеве розмноження(Зазвичай здійснюється двома особинами) характерно для переважної більшості живих організмів і має величезну біол. значення. Вся сукупність явищ, пов'язаних із статевим розмноженням, складається з 4 основних процесів: утворення статевих клітин – гамет (гаметогенез); запліднення (сингамія – злиття гамет та їх ядер) та утворення зиготи; ембіогенез (дроблення зиготи та формування зародка); подальше зростання та розвиток організму в післязародковий (постембріональний) період. Біологічне значення статевого розмноження полягає у самовідтворенні особин, а й у забезпеченні біологічного розмаїттявидів, їх адаптивних можливостей та еволюційних перспектив. Це дозволяє вважати статеве розмноження біологічно більш прогресивним, ніж безстатеве. Статеве розмноження здійснюється за допомогою спеціалізованих статевих клітин - гамет, що мають вдвічі меншу кількість хромосом, ніж соматичні клітини. Жіночі гамети називають яйцеклітинами, чоловічі – сперматозоїдами. Для деяких груп організмів характерні звані нерегулярні типи статевого розмноження: партеногенез(розвиток зародка з незаплідненої яйцеклітини - бджоли, мурахи, терміти, попелиці, дафнії), апоміксис(Розвиток зародка з клітин зародкового мішка або незаплідненої яйцеклітини у квіткових рослин) та ін.


9.
Індивідуальний розвиток (онтогенез). Кожній особини властивий онтогенез – індивідуальний розвиток організму від зародження остаточно життя (смерті чи нового поділу). Розвиток супроводжується зростанням.


10.
Еволюційний розвиток (філогенез). Живий матерії загалом властивий філогенез – історичний розвиток життя Землі з її появи до нашого часу.


11.
Адаптація. Живі організми здатні адаптуватися, тобто пристосовуватись до умов навколишнього середовища.


12.
Ритмічність. Живі організми виявляють ритмічність життєдіяльності (добову, сезонну та ін.).


13.
Цілісність та дискретність. З одного боку, вся жива матерія цілісна, певним чином організована та підпорядковується загальним законам; з іншого боку, будь-яка біологічна система складається з відокремлених, хоч і взаємопов'язаних елементів. Будь-який організм чи інша біологічна система (вид, біоценоз та інших.) складається з окремих ізольованих, тобто. відокремлених або відмежованих у просторі, проте тісно пов'язаних і взаємодіючих між собою частин, що утворюють структурно-функціональну єдність.


14.
Ієрархічність. Починаючи від біополімерів (білків та нуклеїнових кислот) і закінчуючи біосферою в цілому, все живе перебуває у певній супідрядності. Функціонування біологічних систем на менш складному рівні уможливлює існування більш складного рівня.


15.
Негентропія. Відповідно до II закону термодинаміки всі процеси, які мимоволі протікають в ізольованих системах, розвиваються у напрямі зниження впорядкованості, тобто. зростання ентропії. У той самий час зі зростанням і розвитку живі організми, навпаки, ускладнюються, що, начебто, суперечить другому початку. Насправді це уявна суперечність. Справа в тому, що живі організми є відкритими системами. Організми харчуються, поглинаючи при цьому енергію ззовні, виділяють у навколишнє середовище тепло та продукти життєдіяльності, нарешті, гинуть та розкладаються. За образним висловом Еге. Шредінгера, «організм харчується негативною ентропією». Удосконалюючись і ускладнюючись, організми вносять хаос у навколишній світ.


Крім перелічених, іноді виділяють фізіологічні властивості, властиві живому - зростання, розвиток, виділення і т.д.


5.1.3. Хімічний склад, будова та відтворення клітин


Зі 112 хімічних елементів Періодичної системи Д.І. Менделєєва до складу організмів входить більше половини. Хімічні елементи входять до складу клітин у вигляді іонів або компонентів неорганічних молекул і органічних речовин. Відносно прості хімічні сполуки, які зустрічаються як у живій, так і в неживій природі (у мінералах, природних водах), називають неорганічними (або мінеральними) речовинами. Різноманітні сполуки вуглецю, що синтезуються переважно живими організмами, називають органічними речовинами: вуглеводи, білки, ліпіди, нуклеїнові кислоти та ін.


Вода - Переважний компонент всіх живих організмів; середній вміст у клітинах більшості організмів становить близько 70%. Води виконує наступні функції: універсальний розчинник, середовище для протікання біохімічних реакцій, терморегулятор (підтримує теплову рівновагу клітин завдяки високій теплоємності та теплопровідності), здійснює транспорт речовин, визначає осмотичний тиск, вода – джерело кисню, що виділяється при фотосинтезі.


Мінеральні речовини - Складають до 1,5% сирої маси клітини. Найбільш важливими є H + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , HPO 4 2– , H 2 PO 4 – , Cl, HCO 3 – . Функції неорганічних речовин: утворюють міжмембранний потенціал, підтримують рН у клітині (буферні системи HPO 4 2– , H 2 PO 4 – та CO 3 2– , HCO 3 –), створюють осмотичний потенціал, утворюють скелет хребетних, раковини молюсків, активують ферменти.


Вуглеводи (сахариди) – C n (H 2 O) m у клітині від 0,2 до 2% у розрахунку на суху масу. Моносахариди: глюкоза, фруктоза, рибоза, дезоксирибоза. Дисахариди: мальтоза, лактоза, сахароза. Полісахариди: глікоген, крохмаль, целюлоза, хітин. Біологічне значення: енергетична, структурна, захисна функції, що запасає.


Ліпіди - нерозчинні у воді органічні речовини (гідрофобні), вміст у клітинах від 1 до 15%, жирових до 90%. До ліпідів відносяться: жири (складні ефіри гліцерину та високомолекулярних жирних кислот), воску, стероли. Біологічне значення: енергетична, запасна, структурна, захисна, регуляторна, функції.


Білки (поліпептиди) - Полімери, що складаються з 20 амінокислот. Рослини здатні самостійно синтезувати всі амінокислоти, а тварини лише частина їх, тому інші, звані незамінними, вони мають одержувати з їжею. Біол. значення: каталітична, структурна, регуляторна, захисна, транспортна, енергетична функції. У будові білків виділяють кілька структур: первинна структура(Визначається послідовністю амінокислот), вторинна структура(Вигляд спіралі, виникає за рахунок водневих зв'язків), третинна структура(вид глобулу, утворена за рахунок дисульфідних, іонних та гідрофобних зв'язків), четвертинна структура(Об'єднання кількох третинних структур, що утримуються іонними, водневими та гідрофобними зв'язками – гемоглобін). Зміна властивостей, конформації та біологічної активності білка називають денатурацією.


Нуклеїнові кислоти - моно-або полінуклеотиди, що виконують у клітині дуже важливі функції. Мононуклеотиди виступають як джерело енергії – АТФ, полінуклеотиди забезпечують зберігання та передачу спадкової інформації – ДНК та РНК. Мононуклеотид складається з азотистої основи (пурунової: аденін– А, гуанін- Г або піримідинового: цитозин- Ц, тімін- Т, урацил– У), п'ятивуглецевого цукру ( рибозиабо дезоксирибози) та залишків фосфорної кислоти. Будова молекули ДНК розшифрували Дж. Вотсон та Ф. Крик.


У нуклеотиді ДНК міститься одна з чотирьох азотистих основ – аденінА, гуанінГ, тімінТ або цитозинЦ, цукор – дезоксирибозата залишок фосфорної кислоти. У нуклеотиді РНК міститься одна з чотирьох азотистих основ - А, Г, У (замість Т) або Ц, цукор - рибозата залишок фосфорної кислоти. ДНК більшості живих організмів (крім вірусів) складаються з двох антипаралельно спрямованих полінуклеотидних ланцюгів, пов'язаних водневими зв'язками між азотистими основами принципом комплементарності: А = Т, Г≡Ц.


РНК – різноманітні за розмірами, структурою та функціями одноланцюгові молекули. Усі молекули РНК є копіями певних ділянок ДНК. Вирізняють три види РНК: мРНК (іРНК) – матриця для синтезу молекул білка; рРНК – становить 50% субодиниць рибосом (50% білок); тРНК – приєднують певну амінокислоти до антикодону та транспортують її до місця збирання поліпептиду.


Одним із найбільших узагальнень XIX ст. стала клітинна теорія, викладена у працях Т. Шванна, М. Шлейдена та Р. Вірхова. Сучасна клітинна теорія включає такі положення:


Усі живі організми складаються з клітин (виняток становлять віруси); клітини одноклітинних та багатоклітинних тварин та рослинних організмів подібні (гомологічні) за будовою, хімічним складом, принципами обміну речовин та основними проявами життєдіяльності.



Усі живі організми розвиваються з однієї чи групи клітин; кожна нова клітинаутворюється в результаті розподілу подібної (материнської) клітини.



У складних багатоклітинних організмах клітини диференціюються, спеціалізуючись на виконання певної функції; клітини об'єднані в тканини та органи, функціонально в'язані у системи, та знаходяться під контролем міжклітинних, гуморальних та нервових форм регуляції.


Серед усього різноманіття організмів, що нині існують на Землі, виділяють віруси, що не мають клітинної будови, всі інші організми представлені різноманітними клітинними формами життя. Розрізняють два типи клітинної організації: прокаріотичний і еукаріотичний .


Клітини прокаріотів влаштовані порівняно просто. Вони немає морфологічно відокремленого ядра, єдина хромосома утворена кільцеподібної ДНК і у цитоплазмі, мембранні органели відсутні (їх функцію виконують різні впячивания плазматичної мембрани). До надцарства прокаріотвідносять бактерії. Одну з груп фотосинтезуючих бактерій (синьо-зелені водорості, або ціанобактерії) раніше відносили до водоростей. Однак у цей час їх розглядають як специфічну групу бактерій.


Більшість сучасних живих організмів належить до одного з трьох царств - рослин, грибів і тварин, що об'єднуються в надцарство еукаріот.


Для рослинних клітинхарактерна наявність товстої целюлозної клітинної стінки, різних пластид, великої центральної вакуолі, що зміщує ядро ​​до периферії. Клітинний центр вищих рослинбез центріолі. Як резервний поживний вуглевод клітини рослин запасають крохмаль.


У клітинах грибівклітинна оболонка містить хітин, у цитоплазмі є центральна вакуоля, відсутні пластиди. Головним резервним полісахаридом є глікоген.


Тварини клітинимають, як правило, тонку клітинну стінку, не містять пластид та центральної вакуолі, для клітинного центру характерна вакуоля. Запасним вуглеводом є глікоген.


Залежно кількості клітин, у тому числі складаються організми, останні ділять на одноклітинні і багатоклітинні. Одноклітинними є всі прокаріоти, а також найпростіші, деякі зелені водорості та гриби. Незважаючи на індивідуальні особливості, всі клітини побудовані за єдиним планом і мають багато спільних характеристик.


Еукаріотична клітина складається з трьох компонентів: оболонки, цитоплазми та ядра.


Зовні клітина оточена оболонкою, основу якої становить плазматична мембранаабо плазмолема. Мембрани складаються з білків та ліпідів (бімолекулярний шар). Мембрани, мають властивість вибіркової проникності (здатні пропускати одні речовин і пропускати інші), і навіть властивістю мимовільного відновлення цілісності структури. Вуглеводний компонент у складі клітинних оболонок різних клітин виражений різною мірою: у тваринних клітинах він відносно тонкий і називається глікокаліксом, в рослинних клітинахвуглеводний компонент сильно виражений і представлений целюлозною клітинною стінкою.


Внутрішній вміст клітини представлений цитоплазмою , що складається з основної речовини, або гіалоплазми (тобто водний розчин неорганічних і органічних речовин), і які у ньому різноманітних внутрішньоклітинних структур. Останні представлені: включеннями- відносно непостійні компоненти, наприклад, запасні поживні речовини (зерна крохмалю, білків, краплі глікогену) або продукти, що підлягають виведенню з клітини (гранули секрету); органоїдами– постійні та обов'язкові компоненти більшості клітин, що мають специфічну структуру та виконують життєво важливі функції.


До органоїдів клітини не мають мембранної будови відносять рибосоми, мікрофіламенти. мікротрубочки, клітинний центр.


Рибосоми - Структури, що складаються з приблизно рівних за масою кількостей рРНК і білка, представлені субодиницями: великою і малою. Функція рибосом - збирання білкових молекул.


Мікротрубочкиі мікрофіламенти - Ниткоподібні структури, що складаються з різних скорочувальних білків, що зумовлюють рухові функції клітини.


Клітинний центр (центросома) і двох центріолей, що у формуванні мітотичного веретена клітини. Кожна центріоль має вигляд порожнистого циліндра, стінка якого утворена 9 триплетами мікротрубочок.


До мембранним органоїдамеукаріотичні клітини відносять структури з одинарною мембраною - ЕПС, комплекс Гольджі, лізосоми, а також органоїди з двома мембранами - мітохондрії та пластиди. За симбіотичною гіпотезою про походження еукаріотичної клітини, мітохондрії та пластиди є нащадками древніх прокаріотів. Ці органели напівавтономні, т.к. мають власний апарат біосинтезу білка (ДНК, РНК, ферменти).


ЕПС
(ендоплазматична мережа) – розгалужена система порожнин, трубочок та каналів. ЕПС – місце синтезу білків та ліпідів, а також їх транспорту всередині клітини. На мембрані шорсткої ЕПС розташовуються рибосоми (синтез білків). Мембрани гладкої ЕПС містять ферменти синтезу багатьох ліпідів.


Апарат Гольджі складається з дисковидних мембранних порожнин і відшнуровуються від них мікробульбашок. Білки, що потрапляють в АГ, і ліпіди сортуються, упаковуються в секреторні бульбашки і транспортуються до різних внутрішньоклітинних структур або за межі клітини. Мембрани апарату Гольджі здатні утворювати лізосоми.


Лізосоми виконують функцію внутрішньоклітинного перетравлення макромолекул їжі та чужорідних компонентів, що надходять у клітину. Для цих функцій лізосоми містять близько 40 ферментів, що руйнують білки, нуклеїнові кислоти, ліпіди, вуглеводи.


Мітохондрії
найважливіші органоїди клітини, що здійснюють аеробне дихання, у якому утворюється основна частина молекул АТФ. Мітохондрії називають енергетичними станціями клітини. Внутрішня мембрана утворює численні вирости кристи, простір між ними заповнений матриксом, що містить різні ферменти, нуклеїнові кислоти, рибосоми.


Пластиди присутні лише у рослинних клітинах. Відомі три типи пластид: хлоропласти, хромопласти та лейкопласти. Безбарвні лейкопласти виконують функцію, що запасає, в коренях, насінні, бульбах, листі. Жовто-жовтогарячі хромопласти визначають забарвлення плодів, квіток, листя. Зелені хлоропласти на внутрішній мембрані мають вирости – ламели, на яких розташовані сплощені бульбашки – тилакоїди, складені в стопки – грани. У мембранах гран знаходиться хлорофіл, що забезпечує протікання світлової фази фотосинтезу.


Спеціалізованими органоїдами загального значення є скорочувальні вакуолі, синаптичні бульбашки нервових клітин, мікроворсинки епітеліальних клітин, вії та джгутики.



Клітинне ядро – найважливіший компонент еукаріотичних клітин (немає у провідних клітинах флоеми та еритроцитах). Більшість клітин мають одне ядро, але трапляються і багатоядерні клітини. До складу ядра входять ядерна оболонка та каріоплазма, що містить хромосоми. Хромосоми – молекулами ДНК у комплексі з білками. Число хромосом у клітинах кожного біологічного виду постійно. Зазвичай у ядрах клітин тіла ( соматичних) хромосоми представлені парами, у статевих клітинах вони непарні. Одинарний набір хромосом у статевих клітинах називають гаплоїдним (n), набір хромосом у соматичних клітинах – диплоїдним (2n).


Диплоїдний набір хромосом конкретного виду живих організмів, що характеризується числом, величиною та формою хромосом, називається
каріотипом.


Каріотип людини представлений 46 хромосомами (23 пари): 44 аутосоми та 2 статеві хромосоми (у жінки дві однакові X-хромосоми, у чоловіка – Х та Y-хромосоми).


Підлогу, яку утворюють гамети однакові за статевою хромосомою, називають гомогаметним, а підлога утворює різні гамети – гетерогаметним.


У ссавець (в т.ч. людини), черв'яків, більшості членистоногих, земноводних, деяких риб гомогаметним є жіноча стать, а гетерогаметним – чоловіча.


Одним із положень клітинної теорії є постулат. omnis cellula e cellula- кожна клітина з клітини. Поділ клітин – життєво важливий процес всім організмів. У людському організмі, Що складається приблизно з 10 13 клітин, кожну секунду повинні ділитися кілька мільйонів з них. Існує кілька типів поділу клітин.


Мітоз - Універсальний спосіб поділу еукаріотичних клітин, що складається з чотирьох фаз: профази, метафази, анафази і телофази. При мітозі утворюються клітини зі спадковою інформацією, яка якісно та кількісно ідентична інформації материнської клітини.


Амітоз - Прямий поділ ядра дві більш менш рівні частини, але дочірні клітини отримують набори неідентичні материнському. У такий спосіб діляться старіючі та патологічно змінені клітини, а також клітини ендосперму та шкірного епітелію.


Мейоз
(Від грец. «Мейозис» – зменшення) – своєрідний спосіб розподілу клітин, що призводить до зменшення в них числа хромосом удвічі. Мейоз є центральною ланкою гаметогенезу у тварин та спорогенезу у рослин. Мейоз і двох послідовних поділів, яким передує одноразова редуплікація ДНК. Після двох послідовних мейотичних поділів з однієї клітини з диплоїдним набором двороматидних хромосом ( 1n4с) утворюються чотири клітини з гаплоїдним набором однохроматидних хромосом (nс). Мейоз – основа комбінативної мінливості, забезпечуючи генетичну різноманітність гамет завдяки процесам кросинговера(обміну дільницями між гомологічними хромосомами в профазі I мейотичного поділу), розбіжності та комбінаторики батьківських та материнських хромосом.


5.1.4. Біосфера та


Термін «біосфера» використав 1875 р. австрійський геолог Еге. Зюсс для позначення оболонки Землі, що населяється живими організмами.


У 20-х роках. минулого століття у працях В.І. Вернадського було розроблено уявлення про біосферу як глобальну єдину систему Землі, де весь основний хід геохімічних та енергетичних перетворень визначається життям. В.І. Вернадський вперше створив вчення про геохімічну роль живих організмів, показавши, що й діяльність є основним чинником перетворення земної кори.


За В.І. Вернадському: біосфера
- та область нашої планети, в якій існує або коли-небудь існувало життя і яка постійно піддається або зазнавала впливу живих організмів.


Участь кожного окремого організмув геологічної історіїЗемлі дуже мало. Однак живих істот на Землі нескінченно багато, вони мають високий потенціал розмноження, активно взаємодіють із середовищем проживання і, зрештою, представляють у своїй сукупності особливий, глобальних масштабів фактор, що перетворює верхні оболонки Землі. Біосферу розглядають як найбільш велику екосистемупланети, що підтримує глобальний кругообігречовин.


Сучасне життя поширене у верхній частині земної кори (літосфері), у нижніх шарах повітряної оболонкиЗемлі (атмосфері) та у водній оболонці Землі (гідросфері). На поверхні Землі нині повністю позбавлені живих істот лише області великих заледенінь і кратери діючих вулканів. В. І. Вернадський вказував на « повсюдність» життя у біосфері. Про це свідчить історія нашої планети. Життя з'явилося локально у водоймах і потім поширювалося все ширше і ширше, зайнявши всі материки. Поступово вона захопила всю біосферу, і захоплення це, на думку В. І. Вернадського, ще не закінчилося.


У глиб Землі живі організми проникають на невелику відстань. У літосфері життя обмежує, перш за все, температура гірських порід та підземних вод, яка поступово зростає з глибиною та на рівні 1,5–15 км вже перевищує 100˚С. У нафтових родовищахна глибині 2–2,5 км бактерії реєструються у значній кількості (живі організми виявлено до глибини 7,5 км). В океані життя поширене на всіх глибинах і зустрічається на дні океанічних западин в 10-11 км і температурою близько 0С. Верхня межа життя в атмосфері визначається наростанням ультрафіолетової радіації. На висоті 25-27 км більшу частину ультрафіолетового випромінюванняСонця поглинає озон, що знаходиться тут. Все живе, що піднімається вище за захисний шар озону, гине. Основна частина життя в атмосфері зосереджена у шарі до 1-1,5 км. У горах межа поширення наземного життя близько 6 км. над рівнем моря.


В.І. Вернадський розглядав біосферу як область життя, що включає поряд з організмами та середовище їх проживання. Він виділив у біосфері сім різних, але геологічно взаємозалежних типів речовин. За В.І. Вернадському, до складу біосфери входять наступні типиречовин.


1.
Жива речовина – живі організми, що населяють нашу планету (маса живої речовини складає лише 0,01% від усієї біосфери).


2.
Закосова речовина – неживі тіла, що утворюються в результаті процесів, не пов'язаних з діяльністю живих організмів (породи магматичного та метаморфічного походження, деякі осадові породи).


3.
Біогенна речовина – неживі тіла, що утворюються в результаті діяльності живих організмів (деякі осадові породи: вапняки, крейда та ін., а також нафта, газ, кам'яне вугілля, кисень атмосфери та ін.).


4.
Біокосна речовина – біокісні тіла, що є результатом спільної діяльності живих організмів і геологічних процесів (ґрунти, мули, кора вивітрювання та ін.).


5.
Радіоактивна речовина – атоми радіоактивних елементів – уран (238 U та 235 U), торій (232 Th), радій (226 Ra) та радон (222 Rn та 220 Rn), калій (40 K), рубідій (87 Rb), кальцій (48 Са ), вуглець (14 С) та ін.


6.
Розсіяні атоми – окремі атоми елементів, що зустрічаються в природі в розсіяному стані (у такому стані часто існують атоми мікро- та ультрамікроелементів: Mn, C, Zn, Cu, Au, Hg та ін.)


7.
Речовина космічного походження – речовина, що надходить на поверхню Землі з космосу (метеорити, космічний пил).


5.1.5. Функції живої речовини біосфери


Жива речовина забезпечує біогеохімічний кругообіг речовин та перетворення енергії в біосфері. Виділяють такі основні геохімічні функції живої речовини:


1.
Енергетична (біохімічна) – зв'язування та запасання сонячної енергіїв органічній речовині та подальше розсіювання енергії при споживанні та мінералізації органічної речовини. Ця функція пов'язана із харчуванням, диханням, розмноженням та іншими процесами життєдіяльності організмів.


2.
Газова – здатність живих організмів змінювати та підтримувати певний газовий склад довкілля та атмосфери в цілому. З газовою функцією пов'язують два переломні періоди (точки) у розвитку біосфери. Перша з них відноситься до часу, коли вміст кисню в атмосфері досяг приблизно 1% від сучасного рівня(Перша точка Пастера). Це зумовило появу перших аеробних організмів (здатних жити лише у середовищі, що містить кисень). З цього часу відновлювальні процеси у біосфері стали доповнюватися окислювальними. Це сталося приблизно 1,2 млрд років тому. Другий переломний період пов'язують з часом, коли концентрація кисню досягла приблизно 10% сучасної (друга точка Пастера). Це створило умови для синтезу озону та утворення озонового шару у верхніх шарах атмосфери, що зумовило можливість освоєння організмом суші (до цього функцію захисту організмів від згубних космічних випромінювань виконувала вода).


3.
Концентраційна - "захоплення" з навколишнього середовища живими організмами та накопичення в них атомів біогенних хімічних елементів. Концентраційна здатність живої речовини підвищує вміст атомів хімічних елементів в організмах порівняно з довкіллям на кілька порядків. Вміст вуглецю в рослинах в 200 разів, а азоту в 30 разів перевищує їх рівень земної кори. Вміст марганцю в деяких бактеріях може бути в мільйони разів більшим, ніж у навколишньому середовищі. Результат концентраційної діяльності живої речовини – утворення покладів горючих копалин, вапняків, рудних родовищ тощо.


4.
Окисно-відновна – окислення та відновлення різних речовин за участю живих організмів. Під впливом живих організмів відбувається інтенсивна міграція атомів елементів із змінною валентністю (Fe, Mn, S, Р, N та ін), створюються їх нові сполуки, відбувається відкладення сульфідів та мінеральної сірки, утворення сірководню тощо.


5.
Деструктивна – руйнування організмами та продуктами їхньої життєдіяльності, у тому числі і після їх смерті, як залишків органічної речовини, так і відсталих речовин. Найбільш істотну рольу цьому відношенні виконують редуценти (деструктори) – сапротрофні гриби та бактерії.


6.
Транспортна – перенесення речовини та енергії в результаті активної формирухи організмів. Таке перенесення може здійснюватися на величезні відстані, наприклад, при міграціях та кочівлях тварин. З транспортною функцією значною мірою пов'язана концентраційна роль угруповань організмів, наприклад, у місцях їх скупчення (пташині базари та інші колоніальні поселення).


7.
Середоутворююча
- Перетворення фізико-хімічних параметрів середовища. Ця функція є значною мірою інтегральною – є результатом спільної діїінших функцій. Вона має різні масштаби вияву. Результатом середотворчої функції є і вся біосфера, і ґрунт як одне із середовищ існування, і більш локальні структури.


8.
Розсіювальна – функція, протилежна концентраційній – розсіювання речовин у навколишньому середовищі. Вона проявляється через трофічну та транспортну діяльність організмів. Наприклад, розсіювання речовини виділення організмами екскрементів, зміні покривів тощо. Залізо гемоглобіну крові розсіюється комахами.


9.
Інформаційна - Нагромадження живими організмами певної інформації, закріплення її в спадкових структурах і передача наступним поколінням. Це один із проявів адаптаційних механізмів.


10.
Біогеохімічна діяльність людини – перетворення та переміщення речовин біосфери внаслідок людської діяльності для господарських та побутових потреб людини. Наприклад, використання концентраторів вуглецю - нафти, вугілля, газу та ін.


Таким чином, біосфера є складною динамічну систему, що здійснює уловлювання, накопичення та перенесення енергії шляхом обміну речовин між живою речовиною та навколишнім середовищем.


5.1.6. Кругообіг речовин у біосфері


Основою самопідтримання життя Землі є біогеохімічні круговороти. Усі хімічні елементи, які у процесах життєдіяльності організмів, здійснюють постійні переміщення, переходячи із живих тіл до сполуки неживої природи і назад. Можливість багаторазового використання тих самих атомів робить життя Землі майже вічною за умови постійного припливу необхідної кількості енергії.


Залежно від рушійної сили, з певною часткою умовності, усередині кругообігу речовин можна виділити геологічний, біологічний та антропогенний круговороти.


Геологічний кругообіг ( великий кругообігречовин у природі) – кругообіг речовин, рушійною силою якого є геологічні процеси. Протікає без участі живих організмів та здійснює перерозподіл речовини між біосферою та глибшими шарами Землі. Найбільші форми рельєфу (материки та океанічні западини) та великі форми (гори та рівнини) утворилися за рахунок ендогенних процесів, а середні та дрібні форми рельєфу (річкові долини, пагорби, яри, бархани та інших.), накладені більші форми, – з допомогою екзогенних процесів.


Біологічний (біогеохімічний) кругообіг (малий кругообіг речовин у біосфері) – кругообіг речовин, рушійною силою якого є діяльність живих організмів і відбувається в межах біосфери. Головним джерелом енергії кругообігу є сонячна радіація, яка породжує фотосинтез. В екосистемі органічні речовини синтезуються автотрофами з неорганічних речовин, потім споживаються гетеротрофами. Внаслідок виділення в процесі життєдіяльності або після загибелі організмів (як автотрофів, так і гетеротрофів) органічні речовини піддаються мінералізації, тобто перетворенню на неорганічні речовини. Ці неорганічні речовини можуть бути використані для синтезу автотрофами органічних речовин. Залежно від розташування резервного фонду (тобто речовин, не пов'язаних з живими організмами), біогеохімічні круговороти можна розділити на два типи:


1) Кругообіги газового типу з резервним фондом речовин в атмосфері та гідросфері (кругообіги вуглецю, кисню, азоту).


2) Кругообіги осадового типуз резервним фондом у земній корі (кругообіги фосфору, кальцію, заліза та ін.).


Інтенсивність біологічного круговороту в першу чергу визначається температурою навколишнього середовища та кількістю води.


З появою людини виник антропогенний кругообіг, або обмін речовин.
Антропогенний кругообіг (обмін) – кругообіг (обмін) речовин, рушійною силою якого є діяльність людини. У ньому можна виділити дві складові: біологічну,пов'язану з функціонуванням людини як живого організму, та технічну,пов'язану з господарською діяльністю людей (техногенний кругообіг). ,

Проживання життя розвивається внаслідок постійного обміну речовин інформацією з урахуванням потоку енергії у сукупному єдності середовища проживання і населяючих її організмів.

40. Закон мінімуму(Лібіха): Речовиною, присутньою в мінімумі, управляє врожай, визначається його величина, та стабільність у часі.

41. Закони Коммонера:

"Все пов'язано з усім";

«Все має кудись подітися»;

«Ніщо не дається задарма»;

"Природа знає краще".

42. Закон максимуму(Шелфорд):Процвітання організму обмежене зонами максимуму та мінімуму певних екологічних факторів; між ними розташовується зона екологічного оптимуму, у якого організм нормально реагує на умови середовища.

43. Деградація біосферице руйнування чи суттєве порушення екологічних зв'язків у природі, що супроводжується погіршенням умов життя людини, спричинене стихійними лихами чи господарською діяльністю самої людини, що виробляється без урахування знання законів розвитку природи.

44.Етапи деградації біосфери:

використання вогню (ранній палеоліт);

розвиток сільського господарства;

промислова революція.

екологічну кризу.

45. Джерела деградації біосфериможуть бути природними (природними) та штучними (антропогенними). Природні забруднення ОСвикликано природними процесами (пильні бурі, вулканізм, лісові пожежі тощо). Штучне забрудненнязв'язку з викидами в ОЗ різних забруднюючих речовин у процесі діяльності людини (сільське господарство, транспорт, промисловість тощо)

46. ​​Наслідки деградації біосфери:

Помітне зменшення біорізноманіття екосистеми, руйнування і знищення ділянок дикорослої рослинності, що ще збереглися, варварське знищення лісів і боліт, скорочення чисельності диких тварин, зникнення багатьох представників флори і фауни. Внаслідок усіх цих дій до середини ХХ століття антропогенний вплив на біосферу за своїм значенням увійшов на один рівень із природним, прийнявши планетарні масштаби. Таким чином, людство перетворилося на один з основних геоекологічних доленосних факторів еволюції планети.

47. Забруднення- будь-яке внесення в ту чи іншу екологічну систему (біоценоз) не властивих їй живих або неживих компонентів, будь-яких змін, що переривають або порушують процеси кругообігу та обміну речовин, потоки енергії, наслідком яких є зниження продуктивності або руйнування даної системи.

48. Основні забруднюючі речовини:

діоксид вуглецю (СО 2);

оксид вуглецю (ЗІ);

діоксид сірки (SO2);

оксиди азоту (NO, NO 2 , N 2 O);

важкі метали та насамперед ртуть, свинець та кадмій;

канцерогенні речовини, зокрема, бензапірен;

пестициди;

• радіонукліди та інші радіоактивні речовини;

  діоксиди (хлорвуглеводні);

  тверді домішки (аерозолі): пил, сажа, дим;

  нафту та нафтопродукти.

49. За агрегатним станомрозрізняють 3 види забруднювачів: тверді, рідкі та газоподібні.

50. За походженнямприроди, агрегатного стану, масштабу поширення, спричинених наслідків, ступеня токсичності

51. За природоюзабруднюючі речовини класифікують такі групи: хімічні, фізичні, біологічні, естетичні.