Biología(del griego. biografías– vida + logotipos- palabra, doctrina) - una ciencia que estudia la vida como un fenómeno que ocupa un lugar especial en el universo. Junto con otras ciencias que estudian la naturaleza (física, química, astronomía, geología, etc.), se encuentra entre las ciencias naturales. Por lo general, las humanidades también se distinguen en un grupo independiente (estudiando las leyes de existencia y desarrollo de una persona, sociedad humana); estos incluyen sociología, psicología, antropología, etnografía, etc.
El fenómeno del hombre (como ser biosocial) interesa tanto a las ciencias naturales como a las humanas. Pero la biología juega un papel especial, siendo un nexo entre ellos. Esta conclusión se basa en las ideas modernas sobre el desarrollo de la naturaleza, que condujo al surgimiento de la vida. En el proceso de evolución de los organismos vivos, surgió una persona con propiedades cualitativamente nuevas: la razón, el habla, la capacidad para la actividad creativa, una forma de vida social, etc.
La existencia y desarrollo de la naturaleza inanimada está sujeta a leyes físicas y químicas. Con el advenimiento de los organismos vivos, comienzan a realizar procesos biológicos teniendo un carácter fundamentalmente diferente y sujeto a otras leyes - biológico. Sin embargo, es importante señalar que, junto con esto, se conservan los procesos fisicoquímicos que subyacen a los fenómenos biológicos emergentes (cualitativamente diferentes y peculiares).
Las cualidades específicas y las propiedades sociales de una persona no excluyen su pertenencia natural. En el cuerpo humano se llevan a cabo procesos tanto fisicoquímicos como biológicos (como en todos los seres vivos). Sin embargo, un individuo solo puede desarrollarse plenamente en la sociedad, en comunicación con otras personas. Solo así se domina el habla y se adquieren conocimientos, habilidades y destrezas. La diferencia fundamental aquí es que la existencia y el desarrollo de la humanidad se basa en su capacidad de conocer, de acumular conocimientos de generación en generación, de actividad productiva.
Logros verdaderamente grandiosos de la ciencia, incluida la biología, en el siglo XX. amplió y profundizó significativamente nuestra comprensión de la unidad de la naturaleza y el hombre, y sus complejas relaciones. Por ejemplo, los datos ecológicos han demostrado que los organismos vivos, incluidos los humanos, no solo dependen de la naturaleza, sino que también actúan como un factor poderoso que influye tanto en la naturaleza como en el espacio. Esto se aplica, en particular, a la atmósfera de la Tierra, la formación de vastas capas geológicas, la formación de sistemas insulares, etc. Actualmente, la humanidad tiene el mayor impacto en la naturaleza animada e inanimada del planeta.
La biología hoy es un complejo de ciencias que estudia una variedad de seres vivos, su estructura y funcionamiento, distribución, origen y desarrollo, así como las comunidades naturales de organismos, su relación entre sí, con la naturaleza inanimada y el hombre.
Además de su importancia cognitiva general, la biología juega un papel muy importante para los humanos, sirviendo como base teórica de la medicina, la medicina veterinaria, la agronomía y la cría de animales durante mucho tiempo.
Ahora hay ramas de producción que se basan en biotecnología, es decir, utilizan organismos vivos en el proceso de producción. Podemos mencionar la industria alimentaria, farmacéutica, química, etc.
Varias ciencias biológicas también son de gran importancia en relación con el problema de la relación entre el hombre y la naturaleza. Solo sobre una base científica es posible resolver problemas tales como el uso racional de los recursos naturales, una actitud de moderación hacia el mundo que nos rodea y una organización competente de las actividades de protección ambiental.
"Biología General" es una asignatura que representa la etapa más importante en la formación biológica de los estudiantes de secundaria. Se basa en los conocimientos, habilidades y destrezas que ya se han adquirido en el estudio de la botánica, la zoología y la biología humana.
A partir del sexto grado, te familiarizaste con diferentes grupos de organismos vivos: virus, bacterias, hongos, plantas, animales. Aprendiste sobre su estructura y funcionamiento, variedad de formas, distribución, etc. En 8º grado, el tema de las clases de biología era la persona y su especificidad como ser biosocial.
La biología general, a diferencia de otras disciplinas especializadas, considera lo que dice el propio nombre, general(para todos los organismos vivos) las propiedades y cualidades peculiares de todo vivo patrones generales de organización, vida, desarrollo, inherentes a todas las formas la vida.
Capítulo 1 La esencia de la vida
§ 1. Definición de vida y propiedades fundamentales de los vivos.
Uno de los retos a los que se enfrenta cualquier ciencia es la necesidad de crear definiciones, es decir e. declaraciones breves, dando, sin embargo, completo representación de la esencia de un objeto o fenómeno. En biología existen decenas de opciones para definir la vida, pero ninguna de ellas satisface a la vez los dos requisitos mencionados anteriormente. O la definición ocupa 2-3 páginas del libro, o algunas características importantes de los vivos se "eliminan".
La vida en sus manifestaciones específicas en la Tierra está representada por diversas formas de organismos. De acuerdo con el conocimiento biológico moderno, es posible señalar un conjunto de propiedades que deberían reconocerse como comunes a todos los seres vivos y que los distinguen de los cuerpos de la naturaleza inanimada. Así, al concepto una vida llegaremos a comprender las propiedades específicas de los organismos vivos.
La especificidad de la composición química. La diferencia entre lo vivo y lo no vivo ya se manifiesta claramente en el nivel de su composición química. Muy a menudo se puede encontrar la frase "naturaleza orgánica" como sinónimo de "vida salvaje". Y esto es absolutamente justo. Todo Las sustancias orgánicas se crean en los organismos vivos en el curso de su actividad vital. Como dicen los expertos, ellos biogénico(es decir, creado por seres vivos). Además, son las sustancias orgánicas las que determinan la posibilidad de la existencia de los propios organismos vivos. Entonces, por ejemplo, los ácidos nucleicos contienen información hereditaria (genética); las proteínas determinan la estructura, proporcionan movimiento, regulación de todos los procesos de la vida; los azúcares (carbohidratos) realizan funciones energéticas, etc. No se conoce un solo ser vivo en la Tierra que no sea una combinación de proteínas y ácidos nucleicos.
Las sustancias orgánicas tienen moléculas más complejas que las inorgánicas y se caracterizan por una infinita variedad que, como veremos más adelante, determina en gran medida la diversidad de los organismos vivos.
Organización estructural de los seres vivos. Incluso en los grados elementales, en las lecciones de botánica y zoología, se les dijo que los científicos T. Schwann y M. Schleiden (1839) formularon la teoría celular de la estructura de todas las plantas y animales. Desde entonces, Cage ha sido reconocido unidad estructural y funcional cualquier ser vivo. Esto significa que sus cuerpos están hechos de células (también las hay unicelulares) y la implementación de la actividad vital del cuerpo está determinada por los procesos que ocurren dentro de las propias células. Recuerde también que las células de todas las plantas y animales son similares en estructura (tienen membrana, citoplasma, núcleo, orgánulos).
Pero ya en este nivel aparece complejidad estructural organización de los vivos. Hay muchos componentes diferentes (orgánulos) en la célula. Tal heterogeneidad de su composición interna hace posible llevar a cabo simultáneamente cientos y miles de reacciones químicas en un espacio tan pequeño.
Lo mismo es cierto para los organismos multicelulares. A partir de una variedad de células, se forman varios tejidos, órganos, sistemas de órganos (que realizan diferentes funciones), que juntos forman un sistema integral complejo y heterogéneo: un organismo vivo.
Metabolismo en los organismos vivos. Todos los organismos vivos tienen un intercambio inherente de materia y energía con el medio ambiente.
F. Engels a finales del siglo XIX. destacó esta propiedad de los vivos, apreciando profundamente su significado. Ofreciendo su definición de la vida, escribió:
La vida es un modo de existencia de los cuerpos proteicos, cuyo punto esencial es el intercambio constante de sustancias con la naturaleza externa que los rodea, y con el cese de este metabolismo también cesa la vida, lo que conduce a la descomposición de la proteína.
Los cuerpos inorgánicos también pueden tener metabolismo... Pero la diferencia es que en el caso de los cuerpos inorgánicos el metabolismo los destruye, mientras que en el caso de los orgánicos es una condición necesaria para su existencia.
En este proceso, un organismo vivo recibe las sustancias que necesita como material para el crecimiento, la restauración de los componentes destruidos ("agotados") y como fuente de energía para el soporte vital. Las sustancias resultantes nocivas o innecesarias para el organismo (dióxido de carbono, urea, agua, etc.) se excretan al medio ambiente externo.
Autorreproducción (reproducción) de organismos. reproducción- reproducción de la propia especie - la condición más importante para la continuación de la vida. Un organismo individual es mortal, su vida útil es limitada y la reproducción asegura la continuidad de la existencia de las especies, más que compensar la muerte natural de los individuos.
Herencia y variabilidad.
Herencia- la capacidad de los organismos para transmitir de generación en generación todo el conjunto de características que aseguran la adaptabilidad de los organismos a su entorno.
Proporciona similitud, similitud de organismos de diferentes generaciones. No es casualidad que el sinónimo de reproducción sea la palabra autorreproducción. Los individuos de una generación dan lugar a individuos de una nueva generación, similares a ellos. Hoy en día, el mecanismo de la herencia es bien conocido. La información hereditaria (es decir, información sobre las características, propiedades y cualidades de los organismos) se codifica en ácidos nucleicos y se transmite de generación en generación en el proceso de reproducción de los organismos.
Obviamente, con una herencia "dura" (es decir, la repetición absoluta de los rasgos parentales) en el contexto de condiciones ambientales cambiantes, la supervivencia de los organismos sería imposible. Los organismos no podían desarrollar nuevos hábitats. Finalmente, también quedaría excluido el proceso evolutivo, la formación de nuevas especies. Sin embargo, los organismos vivos también tienen variabilidad,lo que se entiende como su capacidad para adquirir nuevas características y perder las antiguas. El resultado es una variedad de individuos pertenecientes a la misma especie. La variabilidad puede ocurrir tanto en individuos individuales durante su desarrollo individual como en un grupo de organismos en una serie de generaciones durante la reproducción.
Desarrollo individual (ontogenia) e histórico (evolutivo; filogénesis) de los organismos. Cualquier organismo durante su vida (desde el momento de su creación hasta la muerte natural) sufre cambios regulares, que se denominan desarrollo individual. Hay un aumento en el tamaño y el peso del cuerpo: crecimiento, formación de nuevas estructuras (a veces acompañadas de la destrucción de las existentes anteriormente, por ejemplo, la pérdida de una cola por parte de un renacuajo y la formación de extremidades emparejadas), la reproducción y, finalmente, el fin de la existencia.
La evolución de los organismos es un proceso irreversible del desarrollo histórico de los seres vivos, durante el cual se observa un cambio sucesivo de especies como consecuencia de la desaparición de las previamente existentes y la aparición de otras nuevas. Por su naturaleza, la evolución es progresiva, ya que la organización (estructura, funcionamiento) de los seres vivos ha pasado por una serie de etapas: formas de vida precelulares, organismos unicelulares, organismos multicelulares cada vez más complejos, y así hasta llegar a los humanos. La complicación constante de la organización conduce a un aumento en la viabilidad de los organismos, sus capacidades de adaptación.
Irritabilidad y movimiento. Una propiedad esencial de los seres vivos irritabilidad(la capacidad de percibir estímulos externos o internos (impacto) y responder adecuadamente a ellos). Se manifiesta en cambios en el metabolismo (por ejemplo, con una reducción de las horas de luz del día y una disminución de la temperatura ambiente en otoño en plantas y animales), en forma de reacciones motoras (ver más abajo) y animales altamente organizados (incluidos los humanos) Se caracterizan por cambios en el comportamiento.
Una reacción característica a la irritación en casi todos los seres vivos es movimiento,es decir, desplazamiento espacial todo el organismo o partes individuales de su cuerpo. Esto es característico tanto de organismos unicelulares (bacterias, amebas, ciliados, algas) como multicelulares (casi todos los animales). Algunas células multicelulares (por ejemplo, los fagocitos sanguíneos de animales y humanos) también tienen movilidad. Las plantas multicelulares, en comparación con los animales, se caracterizan por una baja movilidad, sin embargo, también tienen formas especiales de manifestación de reacciones motoras. Hay dos tipos de movimientos activos: crecimiento Y contractible. Los primeros, más lentos, incluyen, por ejemplo, estirarse hacia la luz de los tallos de las plantas de interior que crecen en la ventana (debido a su iluminación unilateral). Se observan movimientos contráctiles en plantas insectívoras (por ejemplo, el rápido plegado de las hojas de una drosera al atrapar insectos que aterrizan en ella).
El fenómeno de la irritabilidad subyace en las reacciones de los organismos, por lo que se apoyan homeostasis
homeostasis- esta es la capacidad del cuerpo para resistir cambios y mantener una relativa constancia del ambiente interno (manteniendo una cierta temperatura corporal, presión arterial, composición de sal, acidez, etc.).
Debido a la irritabilidad, los organismos tienen la capacidad de adaptación.
Bajo adaptación Se refiere al proceso de adaptación de un organismo a determinadas condiciones ambientales.
Concluyendo la sección dedicada a la determinación de las propiedades fundamentales de los organismos vivos, podemos sacar la siguiente conclusión.
La diferencia entre los organismos vivos y los objetos de naturaleza inanimada no está en la presencia de algunas propiedades sobrenaturales "evasivas" (todas las leyes de la física y la química también son válidas para los seres vivos), sino en la alta complejidad estructural y funcional de los sistemas vivos. . Esta característica incluye todas las propiedades de los organismos vivos discutidas anteriormente y hace del estado de vida una propiedad cualitativamente nueva de la materia.
§ 2. Niveles de organización de los vivos
en la década de 1960 en biología hay una idea de niveles de organización de los vivos como expresión concreta del orden cada vez más complejo del mundo orgánico. La vida en la Tierra está representada por organismos de una estructura peculiar que pertenecen a ciertos grupos sistemáticos (especies), así como comunidades de diversa complejidad (biogeocenosis, biosfera). A su vez, los organismos se caracterizan por su organización orgánica, tisular, celular y molecular. Cada organismo, por un lado, consiste en sistemas de organización especializados subordinados a él (órganos, tejidos, etc.), por otro lado, él mismo es una unidad relativamente aislada en la composición de sistemas biológicos supraorgánicos (especies, biogeocenosis y el biosfera en su conjunto). Los niveles de organización de la materia viva se muestran en la fig. una.
Arroz. 1. Niveles de organización de los vivos
Todos ellos exhiben tales propiedades de la vida como discreción Y integridad. El cuerpo consta de varios componentes: órganos, pero al mismo tiempo, gracias a su interacción, es integral. La especie es también un sistema integral, aunque está formado por unidades separadas - individuos, sin embargo, su interacción mantiene la integridad de la especie.
La existencia de la vida en todos los niveles es proporcionada por la estructura del rango más bajo. Por ejemplo, la naturaleza del nivel celular de organización está determinada por los niveles subcelular y molecular; organísmico - órgano; tejido celular; especie - organísmica, etc.
De particular interés es la gran similitud de las unidades organizativas en los niveles inferiores y la diferencia cada vez mayor en los niveles superiores (Cuadro 1).
tabla 1
Características de los niveles de organización de los vivos
Capitulo 2
§ 1. Principios de clasificación de los organismos vivos
El mundo viviente de nuestro planeta es infinitamente diverso e incluye una gran cantidad de especies de organismos, como se puede ver en la Tabla. 2.
Tabla 2
Número de especies de los principales grupos de seres vivos
De hecho, según los expertos, hoy en día viven en la Tierra el doble de especies de las que la ciencia sabe. Cada año, cientos y miles de nuevas especies se describen en publicaciones científicas.
En el proceso de cognición de numerosos objetos (objetos, fenómenos), comparando sus propiedades y signos, la gente produce clasificación. Luego, los objetos similares (similares, similares) se combinan en grupos. La división de grupos se basa en diferencias entre los temas que se estudian. De esta forma, se construye un sistema que engloba todos los objetos estudiados (por ejemplo, minerales, elementos químicos u organismos) y establece relaciones entre ellos.
sistemática cómo una disciplina biológica independiente se ocupa de los problemas clasificación organismos y construcción sistemas naturaleza viva.
Los intentos de clasificar los organismos se hicieron en la antigüedad. Durante mucho tiempo en la ciencia hubo un sistema desarrollado por Aristóteles (siglo IV a. C.). Dividió todos los organismos conocidos en dos reinos: plantas Y animales, usando como características distintivas inmovilidad Y insensibilidad el primero en comparación con el segundo. Además, Aristóteles dividió a todos los animales en dos grupos: "animales con sangre" y "animales sin sangre", lo que generalmente corresponde a la división moderna en vertebrados e invertebrados. Luego seleccionó una serie de grupos más pequeños, guiados por varias características distintivas.
Por supuesto, desde el punto de vista de la ciencia moderna, el sistema de Aristóteles parece imperfecto, pero es necesario tener en cuenta el nivel de conocimiento fáctico de esa época. Su trabajo describe solo 454 especies de animales, y las posibilidades de métodos de investigación eran muy limitadas.
Durante casi dos milenios, se acumuló material descriptivo en botánica y zoología, lo que aseguró el desarrollo de la taxonomía en los siglos XVII y XVIII, que culminó en el sistema original de organismos de C. Linnaeus (1707-1778), que recibió un amplio reconocimiento. Basándose en la experiencia de sus predecesores y en nuevos hechos descubiertos por él mismo, Linneo sentó las bases de la taxonomía moderna. Su libro, publicado bajo el título The System of Nature, fue publicado en 1735.
Para la unidad básica de clasificación, Linneo tomó la forma; introdujo en el uso científico conceptos como "género", "familia", "separación" y "clase"; preservó la división de los organismos en los reinos de plantas y animales. Introducción sugerida nomenclatura binaria(que todavía se usa en biología), es decir, asignando a cada especie un nombre en latín que consta de dos palabras. El primero, un sustantivo, es el nombre de un género que une un grupo de especies relacionadas. La segunda palabra, generalmente un adjetivo, es el nombre de la especie propiamente dicha. Por ejemplo, las especies "ranúnculo cáustico" y "ranúnculo rastrero"; "crucian de oro" y "crucian de plata".
Más tarde, a principios del siglo XIX, J. Cuvier introdujo el concepto de "tipo" en el sistema como la unidad más alta de clasificación de animales (en botánica - "departamento").
De particular importancia para la formación de la taxonomía moderna fue el surgimiento de las enseñanzas evolutivas de Ch. Darwin (1859). Los sistemas científicos de organismos vivos creados en el período anterior a Darwin fueron artificial. Unieron organismos en grupos de acuerdo con características externas similares de manera bastante formal, sin dar importancia a sus lazos familiares. Las ideas de Charles Darwin proporcionaron a la ciencia un método para construir sistema natural mundo viviente. Esto significa que debe basarse en alguna esencial, propiedades fundamentales de los objetos clasificados - organismos.
Intentemos, como analogía, construir un "sistema natural" de objetos tales como libros, usando el ejemplo de una biblioteca personal. Si lo desea, podemos disponer los libros en las estanterías de los armarios, agrupándolos bien por formato o bien por el color de los lomos. Pero en estos casos, se creará un "sistema artificial", ya que los "objetos" (libros) se clasifican según propiedades secundarias, "no esenciales". El "sistema" "natural" sería la biblioteca, donde los libros se agrupan según su contenido. En este armario tenemos literatura científica: en un estante hay libros sobre física, en el otro, sobre química, etc. En otro armario, ficción: prosa, poesía, folclore. Así, hemos realizado la clasificación de los libros disponibles según la propiedad principal, la cualidad esencial - su contenido. Teniendo ahora un "sistema natural", podemos orientarnos fácilmente en la multitud de varios "objetos" que lo forman. Y habiendo adquirido un nuevo libro, podemos encontrar fácilmente un lugar para él en un gabinete específico y en el estante apropiado, es decir, en el "sistema".
Natalia Sergeevna Kurbatova, E. A. Kozlova
biología general
1. Historia del desarrollo de la teoría celular
Los requisitos previos para la creación de la teoría celular fueron la invención y la mejora del microscopio y el descubrimiento de las células (1665, R. Hooke, al estudiar un corte de la corteza de un alcornoque, saúco, etc.). Los trabajos de famosos microscopistas: M. Malpighi, N. Gru, A. van Leeuwenhoek, permitieron ver las células de los organismos vegetales. A. van Leeuwenhoek descubrió organismos unicelulares en el agua. Primero se estudió el núcleo celular. R. Brown describió el núcleo de una célula vegetal. Ya. E. Purkine introdujo el concepto de protoplasma: contenido celular gelatinoso líquido.
El botánico alemán M. Schleiden fue el primero en llegar a la conclusión de que toda célula tiene un núcleo. El fundador de CT es el biólogo alemán T. Schwann (junto con M. Schleiden), quien en 1839 publicó el trabajo “Estudios microscópicos sobre la correspondencia en la estructura y el crecimiento de animales y plantas”. Sus provisiones:
1) célula: la unidad estructural principal de todos los organismos vivos (tanto animales como plantas);
2) si hay un núcleo en cualquier formación visible bajo un microscopio, entonces puede considerarse una célula;
3) el proceso de formación de nuevas células determina el crecimiento, desarrollo, diferenciación de células vegetales y animales.
El científico alemán R. Virchow, quien en 1858 publicó su trabajo "Patología celular", hizo adiciones a la teoría celular. Demostró que las células hijas se forman por división de las células madre: cada célula de una célula. A finales del siglo XIX. Se encontraron mitocondrias, el complejo de Golgi y plástidos en células vegetales. Los cromosomas se detectaron después de que las células en división se tiñeron con tintes especiales. Disposiciones modernas de CT
1. Célula: la unidad básica de la estructura y el desarrollo de todos los organismos vivos, es la unidad estructural más pequeña de los vivos.
2. Las células de todos los organismos (tanto unicelulares como multicelulares) son similares en composición química, estructura, manifestaciones básicas del metabolismo y actividad vital.
3. La reproducción de las células ocurre por su división (cada nueva célula se forma durante la división de la célula madre); en los organismos multicelulares complejos, las células tienen diferentes formas y están especializadas según sus funciones. Células similares forman tejidos; Los tejidos consisten en órganos que forman sistemas de órganos, están estrechamente interconectados y sujetos a mecanismos de regulación nerviosos y humorales (en organismos superiores).
Importancia de la teoría celular
Quedó claro que la célula es el componente más importante de los organismos vivos, su principal componente morfofisiológico. La célula es la base de un organismo multicelular, el sitio de procesos bioquímicos y fisiológicos en el cuerpo. A nivel celular, finalmente ocurren todos los procesos biológicos. La teoría celular permitió sacar una conclusión sobre la similitud de la composición química de todas las células, el plan general de su estructura, que confirma la unidad filogenética de todo el mundo viviente.
2. Vida. Propiedades de la materia viva
La vida es un sistema macromolecular abierto, que se caracteriza por una organización jerárquica, la capacidad de autorreproducción, autoconservación y autorregulación, metabolismo, un flujo de energía finamente regulado.
Propiedades de las estructuras vivas:
1) autoactualización. La base del metabolismo son procesos equilibrados y claramente interconectados de asimilación (anabolismo, síntesis, formación de nuevas sustancias) y disimilación (catabolismo, descomposición);
2) autorreproducción. En este sentido, las estructuras vivas se reproducen y actualizan constantemente, sin perder su similitud con las generaciones anteriores. Los ácidos nucleicos son capaces de almacenar, transmitir y reproducir información hereditaria, así como realizarla a través de la síntesis de proteínas. La información almacenada en el ADN se transfiere a una molécula de proteína con la ayuda de moléculas de ARN;
3) autorregulación. Se basa en un conjunto de flujos de materia, energía e información a través de un organismo vivo;
4) irritabilidad. Asociado con la transferencia de información desde el exterior a cualquier sistema biológico y refleja la reacción de este sistema a un estímulo externo. Gracias a la irritabilidad, los organismos vivos pueden reaccionar selectivamente a las condiciones ambientales y extraer de ellas solo lo necesario para su existencia;
5) mantenimiento de la homeostasis: la constancia dinámica relativa del entorno interno del cuerpo, los parámetros físico-químicos de la existencia del sistema;
6) organización estructural - orden, de un sistema vivo, encontrado en el estudio - biogeocenosis;
7) adaptación: la capacidad de un organismo vivo para adaptarse constantemente a las condiciones cambiantes de existencia en el medio ambiente;
8) reproducción (reproducción). Dado que la vida existe en forma de sistemas vivos separados, y la existencia de cada uno de estos sistemas está estrictamente limitada en el tiempo, el mantenimiento de la vida en la Tierra está asociado con la reproducción de los sistemas vivos;
9) herencia. Proporciona continuidad entre generaciones de organismos (basado en flujos de información). Debido a la herencia, se transmiten rasgos de generación en generación que brindan adaptación al medio;
10) variabilidad: debido a la variabilidad, un sistema vivo adquiere características que antes eran inusuales para él. En primer lugar, la variabilidad está asociada con errores en la reproducción: los cambios en la estructura de los ácidos nucleicos conducen a la aparición de nueva información hereditaria;
11) desarrollo individual (el proceso de ontogénesis): la incorporación de la información genética inicial incrustada en la estructura de las moléculas de ADN en las estructuras de trabajo del cuerpo. Durante este proceso, se manifiesta una propiedad como la capacidad de crecer, que se expresa en un aumento de peso y tamaño corporal;
12) desarrollo filogenético. Basado en la reproducción progresiva, la herencia, la lucha por la existencia y la selección. Como resultado de la evolución, apareció una gran cantidad de especies;
13) discreción (discontinuidad) y al mismo tiempo integridad. La vida está representada por una colección de organismos individuales o individuos. Cada organismo, a su vez, también es discreto, ya que se compone de un conjunto de órganos, tejidos y células.
3. Niveles de organización de la vida
La naturaleza viva es un sistema holístico, pero heterogéneo, que se caracteriza por una organización jerárquica. Un sistema jerárquico es un sistema en el que las partes (o elementos del todo) se ordenan de mayor a menor.
Los microsistemas (etapa previa al organismo) incluyen niveles moleculares (molecular-genético) y subcelulares.
Los mesosistemas (etapa del organismo) incluyen niveles celulares, de tejidos, de órganos, sistémicos, de organismos (el organismo como un todo) u ontogenéticos.
Los macrosistemas (etapa supraorgánica) incluyen niveles de población-especies, biocenóticos y globales (la biosfera en su conjunto). En cada nivel, se puede destacar una unidad elemental y un fenómeno.
Una unidad elemental (EE) es una estructura (u objeto), cuyos cambios regulares (fenómenos elementales, EE) contribuyen al desarrollo de la vida en un nivel dado.
Niveles jerárquicos:
1) nivel genético molecular. EE está representado por el genoma. Un gen es una sección de una molécula de ADN (y en algunos virus, una molécula de ARN) que es responsable de la formación de cualquier rasgo;
2) nivel subcelular. EE está representado por alguna estructura subcelular, es decir, un orgánulo que realiza sus funciones inherentes y contribuye al trabajo de la célula como un todo;
3) nivel celular. EE es una célula que es un elemento elemental autofuncional
1. Teoría celular (TC) Antecedentes de la teoría celular
Los requisitos previos para la creación de la teoría celular fueron la invención y la mejora del microscopio y el descubrimiento de las células (1665, R. Hooke, al estudiar un corte de la corteza de un alcornoque, saúco, etc.). Los trabajos de famosos microscopistas: M. Malpighi, N. Gru, A. van Leeuwenhoek, permitieron ver las células de los organismos vegetales. A. van Leeuwenhoek descubrió organismos unicelulares en el agua. Primero se estudió el núcleo celular. R. Brown describió el núcleo de una célula vegetal. Ya. E. Purkine introdujo el concepto de protoplasma: contenido celular gelatinoso líquido.
El botánico alemán M. Schleiden fue el primero en llegar a la conclusión de que toda célula tiene un núcleo. El fundador de CT es el biólogo alemán T. Schwann (junto con M. Schleiden), quien en 1839 publicó el trabajo “Estudios microscópicos sobre la correspondencia en la estructura y el crecimiento de animales y plantas”. Sus provisiones:
1) célula: la unidad estructural principal de todos los organismos vivos (tanto animales como plantas);
2) si hay un núcleo en cualquier formación visible bajo un microscopio, entonces puede considerarse una célula;
3) el proceso de formación de nuevas células determina el crecimiento, desarrollo, diferenciación de células vegetales y animales. El científico alemán R. Virchow, quien en 1858 publicó su trabajo "Patología celular", hizo adiciones a la teoría celular. Demostró que las células hijas se forman por división de las células madre: cada célula de una célula. A finales del siglo XIX. Se encontraron mitocondrias, el complejo de Golgi y plástidos en células vegetales. Los cromosomas se detectaron después de que las células en división se tiñeron con tintes especiales. Disposiciones modernas de CT
1. Célula: la unidad básica de la estructura y el desarrollo de todos los organismos vivos, es la unidad estructural más pequeña de los vivos.
2. Las células de todos los organismos (tanto unicelulares como multicelulares) son similares en composición química, estructura, manifestaciones básicas del metabolismo y actividad vital.
3. La reproducción de las células ocurre por su división (cada nueva célula se forma durante la división de la célula madre); en los organismos multicelulares complejos, las células tienen diferentes formas y están especializadas según sus funciones. Células similares forman tejidos; Los tejidos consisten en órganos que forman sistemas de órganos, están estrechamente interconectados y sujetos a mecanismos de regulación nerviosos y humorales (en organismos superiores).
Importancia de la teoría celular
Quedó claro que la célula es el componente más importante de los organismos vivos, su principal componente morfofisiológico. La célula es la base de un organismo multicelular, el sitio de procesos bioquímicos y fisiológicos en el cuerpo. A nivel celular, finalmente ocurren todos los procesos biológicos. La teoría celular permitió sacar una conclusión sobre la similitud de la composición química de todas las células, el plan general de su estructura, que confirma la unidad filogenética de todo el mundo viviente.
2. Definición de vida en la etapa actual de desarrollo de la ciencia.
Es bastante difícil dar una definición completa e inequívoca del concepto de vida, dada la enorme variedad de sus manifestaciones.
En la mayoría de las definiciones del concepto de vida, dadas por muchos científicos y pensadores a lo largo de los siglos, se tomaron en cuenta las principales cualidades que distinguen lo vivo de lo no vivo. Por ejemplo, Aristóteles decía que la vida es “nutrición, crecimiento y decrepitud” del cuerpo; A. L. Lavoisier definió la vida como una "función química"; G. R. Treviranus creía que la vida es "una uniformidad estable de procesos con una diferencia en las influencias externas". Está claro que tales definiciones no podían satisfacer a los científicos, ya que no reflejaban (y no podían reflejar) todas las propiedades de la materia viva. Además, las observaciones indican que las propiedades de los vivos no son excepcionales y únicas, como parecía antes, se encuentran por separado entre los objetos no vivos. AI Oparin definió la vida como "una forma especial y muy compleja del movimiento de la materia". Esta definición refleja la originalidad cualitativa de la vida, que no puede reducirse a simples leyes químicas o físicas. Sin embargo, incluso en este caso, la definición es de carácter general y no revela la peculiaridad específica de este movimiento.
F. Engels en "Dialéctica de la naturaleza" escribió: "La vida es un modo de existencia de los cuerpos proteicos, cuyo punto esencial es el intercambio de materia y energía con el medio ambiente".
Para la aplicación práctica, son útiles aquellas definiciones que contienen las propiedades básicas que son necesariamente inherentes a todas las formas de vida. He aquí uno de ellos: la vida es un sistema macromolecular abierto, que se caracteriza por una organización jerárquica, la capacidad de autorreproducción, autoconservación y autorregulación, metabolismo, un flujo de energía finamente regulado. Según esta definición, la vida es un núcleo de orden que se extiende en un universo menos ordenado.
La vida existe en forma de sistemas abiertos. Esto significa que cualquier forma viva no está cerrada solo sobre sí misma, sino que constantemente intercambia materia, energía e información con el medio ambiente.
3. Propiedades fundamentales de la materia viva
Estas propiedades en un complejo caracterizan cualquier sistema vivo y la vida en general:
1) autoactualización. Asociado con el flujo de materia y energía. La base del metabolismo son procesos equilibrados y claramente interconectados de asimilación (anabolismo, síntesis, formación de nuevas sustancias) y disimilación (catabolismo, descomposición). Como resultado de la asimilación, las estructuras del cuerpo se actualizan y se forman nuevas partes (células, tejidos, partes de órganos). La disimilación determina la descomposición de los compuestos orgánicos, proporciona a la célula materia plástica y energía. Para la formación de uno nuevo, se necesita una afluencia constante de sustancias necesarias desde el exterior, y en el proceso de vida (y disimilación, en particular), se forman productos que deben llevarse al entorno externo;
2) autorreproducción. Proporciona continuidad entre generaciones sucesivas de sistemas biológicos. Esta propiedad está asociada con los flujos de información incrustados en la estructura de los ácidos nucleicos. En este sentido, las estructuras vivas se reproducen y actualizan constantemente, sin perder su similitud con las generaciones anteriores (pese a la continua renovación de la materia). Los ácidos nucleicos son capaces de almacenar, transmitir y reproducir información hereditaria, así como realizarla a través de la síntesis de proteínas. La información almacenada en el ADN se transfiere a una molécula de proteína con la ayuda de moléculas de ARN;
3) autorregulación. Se basa en un conjunto de flujos de materia, energía e información a través de un organismo vivo;
4) irritabilidad. Asociado con la transferencia de información desde el exterior a cualquier sistema biológico y refleja la reacción de este sistema a un estímulo externo. Gracias a la irritabilidad, los organismos vivos pueden reaccionar selectivamente a las condiciones ambientales y extraer de ellas solo lo necesario para su existencia. La irritabilidad está asociada con la autorregulación de los sistemas vivos según el principio de retroalimentación: los productos de desecho pueden tener un efecto inhibidor o estimulante sobre aquellas enzimas que estaban al comienzo de una larga cadena de reacciones químicas;
5) mantenimiento de la homeostasis (del gr. homoios - "similar, idéntico" y estasis - "inmovilidad, estado") - la constancia dinámica relativa del entorno interno del cuerpo, los parámetros fisicoquímicos de la existencia del sistema;
6) organización estructural - un cierto orden, armonía de un sistema vivo. Se encuentra en el estudio no solo de organismos vivos individuales, sino también de sus agregados en relación con el medio ambiente: biogeocenosis;
7) adaptación: la capacidad de un organismo vivo para adaptarse constantemente a las condiciones cambiantes de existencia en el medio ambiente. Se basa en la irritabilidad y sus respuestas adecuadas características;
8) reproducción (reproducción). Dado que la vida existe en forma de sistemas vivos separados (discretos) (por ejemplo, células), y la existencia de cada uno de estos sistemas está estrictamente limitada en el tiempo, el mantenimiento de la vida en la Tierra está asociado con la reproducción de los sistemas vivos. A nivel molecular, la reproducción se realiza por síntesis de matriz, se forman nuevas moléculas según el programa establecido en la estructura (matriz) de moléculas preexistentes;
9) herencia. Proporciona continuidad entre generaciones de organismos (basado en flujos de información).
Está íntimamente relacionado con la autorreproducción de la vida a nivel molecular, subcelular y celular. Debido a la herencia, se transmiten rasgos de generación en generación que brindan adaptación al medio;
10) la variabilidad es una propiedad opuesta a la herencia. Debido a la variabilidad, un sistema vivo adquiere características que antes eran inusuales para él. En primer lugar, la variabilidad está asociada con errores en la reproducción: los cambios en la estructura de los ácidos nucleicos conducen a la aparición de nueva información hereditaria. Aparecen nuevos signos y propiedades. Si son útiles para un organismo en un hábitat determinado, la selección natural los recoge y los fija. Se están creando nuevos formularios y tipos. Así, la variabilidad crea requisitos previos para la especiación y la evolución;
11) desarrollo individual (el proceso de ontogénesis): la incorporación de la información genética inicial incrustada en la estructura de las moléculas de ADN (es decir, en el genotipo) en las estructuras de trabajo del cuerpo. Durante este proceso, se manifiesta una propiedad como la capacidad de crecer, que se expresa en un aumento de peso y tamaño corporal. Este proceso se basa en la reproducción de moléculas, reproducción, crecimiento y diferenciación de células y otras estructuras, etc.;
12) desarrollo filogenético (sus patrones fueron establecidos por C. R. Darwin). Basado en la reproducción progresiva, la herencia, la lucha por la existencia y la selección. Como resultado de la evolución, apareció una gran cantidad de especies. La evolución progresiva ha pasado por una serie de pasos. Estos son organismos precelulares, unicelulares y multicelulares hasta los humanos.
Al mismo tiempo, la ontogenia humana repite la filogénesis (es decir, el desarrollo individual pasa por las mismas etapas que el proceso evolutivo);
13) discreción (discontinuidad) y al mismo tiempo integridad. La vida está representada por una colección de organismos individuales o individuos. Cada organismo, a su vez, también es discreto, ya que se compone de un conjunto de órganos, tejidos y células. Cada célula consta de orgánulos, pero al mismo tiempo es autónoma. La información hereditaria la llevan a cabo los genes, pero ni un solo gen por sí solo puede determinar el desarrollo de un rasgo particular.
4. Niveles de organización de la vida
La naturaleza viva es un sistema holístico, pero heterogéneo, que se caracteriza por una organización jerárquica. Un sistema jerárquico es un sistema en el que las partes (o elementos del todo) se ordenan de mayor a menor. El principio jerárquico de organización hace posible distinguir niveles separados en la naturaleza viva, lo cual es muy conveniente cuando se estudia la vida como un fenómeno natural complejo. Hay tres etapas principales de la vida: microsistemas, mesosistemas y macrosistemas.
Los microsistemas (etapa previa al organismo) incluyen niveles moleculares (molecular-genético) y subcelulares.
Los mesosistemas (etapa del organismo) incluyen niveles celulares, de tejidos, de órganos, sistémicos, de organismos (el organismo como un todo) u ontogenéticos.
Los macrosistemas (etapa supraorgánica) incluyen niveles de población-especies, biocenóticos y globales (la biosfera en su conjunto). En cada nivel, se puede destacar una unidad elemental y un fenómeno.
Una unidad elemental (EE) es una estructura (u objeto), cuyos cambios regulares (fenómenos elementales, EE) contribuyen al desarrollo de la vida en un nivel dado.
Niveles jerárquicos:
1) nivel genético molecular. EE está representado por el genoma. Un gen es una sección de una molécula de ADN (y en algunos virus, una molécula de ARN) que es responsable de la formación de cualquier rasgo. La información incrustada en los ácidos nucleicos se realiza a través de la síntesis matricial de proteínas;
2) nivel subcelular. EE está representado por alguna estructura subcelular, es decir, un orgánulo que realiza sus funciones inherentes y contribuye al trabajo de la célula como un todo;
3) nivel celular. EE es una célula, que es un sistema biológico elemental que funciona de forma independiente. Sólo en este nivel son posibles la realización de la información genética y los procesos de biosíntesis. Para los organismos unicelulares, este nivel coincide con el nivel del organismo. EE son las reacciones del metabolismo celular, que forman la base de los flujos de energía, información y materia;
4) nivel de tejido. Un conjunto de células con el mismo tipo de organización constituye un tejido (EE). El nivel surgió con el advenimiento de los organismos multicelulares con tejidos más o menos diferenciados. El tejido funciona como un todo y tiene las propiedades de un ser vivo;
5) nivel de órgano. Se forma junto con células funcionales pertenecientes a diferentes tejidos (EE). Solo cuatro tejidos principales forman parte de los órganos de los organismos multicelulares, seis tejidos principales forman los órganos de las plantas;
6) nivel organísmico (ontogenético). EE es un individuo en su desarrollo desde el momento de su nacimiento hasta la terminación de su existencia como sistema vivo. Las IE son cambios regulares en el cuerpo en el proceso de desarrollo individual (ontogénesis). En el proceso de ontogénesis, bajo ciertas condiciones ambientales, la información hereditaria se incorpora a las estructuras biológicas, es decir, sobre la base del genotipo de un individuo, se forma su fenotipo;
7) nivel de población-especie. EE es una población, es decir, un conjunto de individuos (organismos) de una misma especie que habitan un mismo territorio y se cruzan libremente. La población tiene un acervo genético, es decir, la totalidad de los genotipos de todos los individuos. El impacto en el acervo genético de factores evolutivos elementales (mutaciones, fluctuaciones en el número de individuos, selección natural) conduce a cambios evolutivamente significativos (RE);
8) nivel biocenótico (ecosistema). EE - biocenosis, es decir, una comunidad estable históricamente establecida de poblaciones de diferentes especies, conectadas entre sí y con la naturaleza inanimada circundante por el intercambio de sustancias, energía e información (ciclos), que representan la EE;
9) nivel de biosfera (global). EE: la biosfera (el área de distribución de la vida en la Tierra), es decir, un único complejo planetario de biogeocenosis, diferente en la composición de especies y características de la parte abiótica (no viva). Las biogeocenosis determinan todos los procesos que ocurren en la biosfera;
10) nivel noesférico. Este nuevo concepto fue formulado por el académico V. I. Vernadsky. Fundó la doctrina de la noosfera como la esfera de la mente. Esta es una parte integral de la biosfera, que se modifica debido a las actividades humanas.
CONFERENCIA № 2. Composición química de los sistemas vivos. El papel biológico de las proteínas, polisacáridos, lípidos y ATP
1. Resumen de la estructura química de la célula.
Todos los sistemas vivos contienen elementos químicos en diversas proporciones y compuestos químicos construidos a partir de ellos, tanto orgánicos como inorgánicos.
Según el contenido cuantitativo en la célula, todos los elementos químicos se dividen en 3 grupos: macro, micro y ultramicroelementos.
Los macronutrientes constituyen hasta el 99% de la masa celular, de la cual hasta el 98% corresponde a 4 elementos: oxígeno, nitrógeno, hidrógeno y carbono. En cantidades más pequeñas, las células contienen potasio, sodio, magnesio, calcio, azufre, fósforo y hierro.
Los oligoelementos son predominantemente iones metálicos (cobalto, cobre, zinc, etc.) y halógenos (yodo, bromo, etc.). Están contenidos en cantidades del 0,001% al 0,000001%.
Ultramicroelementos. Su concentración está por debajo del 0,000001%. Estos incluyen oro, mercurio, selenio, etc.
Un compuesto químico es una sustancia en la que los átomos de uno o más elementos químicos están conectados entre sí a través de enlaces químicos. Los compuestos químicos son inorgánicos y orgánicos. Los inorgánicos incluyen agua y sales minerales. Los compuestos orgánicos son compuestos de carbono con otros elementos.
Los principales compuestos orgánicos de la célula son proteínas, grasas, carbohidratos y ácidos nucleicos.
2. Proteínas de biopolímeros
Estos son polímeros cuyos monómeros son aminoácidos. Se componen principalmente de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Una molécula de proteína puede tener 4 niveles de organización estructural (estructuras primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria).
Funciones de las proteínas:
1) protector (el interferón se sintetiza intensamente en el cuerpo durante una infección viral);
2) estructural (el colágeno forma parte de los tejidos, participa en la formación de cicatrices);
3) motor (la miosina participa en la contracción muscular);
4) repuesto (albúminas de huevo);
5) transporte (la hemoglobina de los eritrocitos transporta nutrientes y productos metabólicos);
6) receptor (las proteínas receptoras permiten que la célula reconozca sustancias y otras células);
7) regulador (las proteínas reguladoras determinan la actividad de los genes);
8) las proteínas hormonales están involucradas en la regulación humoral (la insulina regula los niveles de azúcar en la sangre);
9) las proteínas enzimáticas catalizan todas las reacciones químicas del cuerpo;
10) energía (la descomposición de 1 g de proteína libera 17 kJ de energía).
carbohidratos
Estos son mono y polímeros, que incluyen carbono, hidrógeno y oxígeno en una proporción de 1: 2: 1.
Funciones de los carbohidratos:
1) energía (con la descomposición de 1 g de carbohidratos, se liberan 17,6 kJ de energía);
2) estructural (celulosa, que forma parte de la pared celular de las plantas);
3) almacenamiento (suministro de nutrientes en forma de almidón en plantas y glucógeno en animales).
Las grasas (lípidos) pueden ser simples o complejas. Las moléculas de lípidos simples consisten en el alcohol trihídrico glicerol y tres residuos de ácidos grasos. Los lípidos complejos son compuestos de lípidos simples con proteínas y carbohidratos.
Funciones de los lípidos:
1) energía (con la descomposición de 1 g de lípidos, se forman 38,9 kJ de energía);
2) estructural (fosfolípidos de las membranas celulares que forman una bicapa lipídica);
3) almacenamiento (suministro de nutrientes en el tejido subcutáneo y otros órganos);
4) protector (el tejido subcutáneo y una capa de grasa alrededor de los órganos internos los protegen del daño mecánico);
5) regulador (hormonas y vitaminas que contienen lípidos regulan el metabolismo);
6) aislante térmico (el tejido subcutáneo retiene el calor). atp
La molécula de ATP (ácido trifosfórico de adenosina) consta de la base nitrogenada de la adenina, el azúcar de cinco carbonos de la ribosa y tres residuos de ácido fosfórico interconectados por un enlace macroérgico. El ATP se produce en las mitocondrias por fosforilación. Durante su hidrólisis, se libera una gran cantidad de energía. El ATP es el macroergio principal de la célula, un acumulador de energía en forma de energía de enlaces químicos de alta energía.
Lección № 3. Ácidos nucleicos. Biosíntesis de proteínas
Los ácidos nucleicos son biopolímeros que contienen fósforo cuyos monómeros son nucleótidos. Las cadenas de ácido nucleico incluyen desde varias decenas hasta cientos de millones de nucleótidos.
Hay 2 tipos de ácidos nucleicos: ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN). Los nucleótidos que forman el ADN contienen un carbohidrato, la desoxirribosa, mientras que el ARN contiene ribosa.
1. ADN
Por regla general, el ADN es una hélice que consta de dos cadenas polinucleotídicas complementarias torcidas hacia la derecha. La composición de los nucleótidos de ADN incluye: una base nitrogenada, desoxirribosa y un residuo de ácido fosfórico. Las bases nitrogenadas se dividen en purina (adenina y guanina) y pirimidina (timina y citosina). Dos cadenas de nucleótidos están conectadas entre sí a través de bases nitrogenadas según el principio de complementariedad: se producen dos enlaces de hidrógeno entre la adenina y la timina, y tres entre la guanina y la citosina.
Funciones del ADN:
1) asegura la preservación y transmisión de la información genética de célula a célula y de organismo a organismo, lo que está asociado a su capacidad de replicación;
2) regulación de todos los procesos que ocurren en la célula, proporcionada por la capacidad de transcripción con posterior traducción.
El proceso de autorreproducción (auto-reproducción) del ADN se denomina replicación. La replicación asegura la copia de la información genética y su transmisión de generación en generación, la identidad genética de las células hijas formadas como resultado de la mitosis y la constancia del número de cromosomas durante la división celular mitótica.
La replicación ocurre durante el período sintético de la interfase de la mitosis. La enzima replicasa se mueve entre las dos hebras de la hélice del ADN y rompe los enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas. Luego, a cada una de las cadenas, utilizando la enzima ADN polimerasa, se completan los nucleótidos de las cadenas hijas según el principio de complementariedad. Como resultado de la replicación, se forman dos moléculas de ADN idénticas. La cantidad de ADN en una célula se duplica. Este método de duplicación de ADN se denomina semiconservador, ya que cada nueva molécula de ADN contiene una cadena de polinucleótidos "antigua" y otra recién sintetizada.
El libro de texto refleja el estado actual de la ciencia sobre los patrones generales del origen y desarrollo de la vida en la Tierra. La Parte I del libro de texto incluye secciones: "Introducción", "La vida como fenómeno natural", "Biología de la célula", "Reproducción de organismos", "Organización del material hereditario", "Patrones de herencia" y "Variabilidad".
El libro de texto está destinado a estudiantes universitarios que estudian especialidades biológicas, médicas y agrícolas.
propiedades de los vivos.
Los organismos vivos, a diferencia de los cuerpos de naturaleza inanimada, se caracterizan por una serie de propiedades que son, de hecho, atributos de la vida: orden y especificidad de la estructura, integridad y discreción, autorregulación y homeostasis, autorreproducción y autocuración, herencia y variabilidad, metabolismo y energía, crecimiento y desarrollo, irritabilidad, movimiento, autorregulación, relación específica con el entorno, envejecimiento y muerte, implicación en el proceso continuo de cambios históricos de los vivos (proceso evolutivo). Estos atributos de la vida son objeto de investigación de muchas ciencias biológicas independientes, cuyos resultados se presentan a continuación en varias secciones del libro de texto. Sin embargo, algunos de ellos se clasifican razonablemente como fundamentales y requieren una consideración especial ya al comienzo del curso de Biología General.
Orden y especificidad de la estructura. Los organismos vivos contienen los mismos elementos químicos que los objetos de la vida silvestre. Sin embargo, en las células de los seres vivos, se encuentran en forma no solo de compuestos inorgánicos, sino también orgánicos. Además, la forma de existencia de los seres vivos tiene características específicas muy significativas, principalmente la complejidad y el orden, que distinguen tanto los niveles de organización molecular como los supramoleculares. La creación de orden es la propiedad más importante de los vivos. El orden en el espacio va acompañado del orden en el tiempo.
Tabla de contenido
INTRODUCCIÓN 3
CAPÍTULO 1. LA VIDA COMO FENÓMENO NATURAL 9
1.1. Definición de la esencia de la vida 9
1.2. Sustrato de vida 10
1.3. Propiedades de vivir 11
1.4. Propiedades fundamentales de la vida 12
1.5. Niveles de organización de la vida 13
CAPITULO 2. BIOLOGIA CELULAR 16
2.1. La célula es una unidad estructural-funcional y genética elemental de la vida 16
2.2. Las principales etapas de desarrollo y el estado actual de la teoría celular 16
2.3. Organización estructural de las células procariotas y eucariotas 20
2.4. Aparato de celda de superficie 23
2.5. Aparato citoplasmático de la célula 30
2.5.1. Hialoplasma 30
2.5.2. Orgánulos celulares (orgánulos) 32
2.5.2.1. Organelos de membrana (orgánulos) 34
2.5.2.2. Organelos sin membrana (orgánulos) 41
2.6. Aparato nuclear de la célula 49
2.7. Ciclo de vida celular 55
2.7.1. El concepto del ciclo de vida celular 55
2.7.2. Interfase 56
2.7.2.1. Período posmitótico 57
2.7.2.2. período sintético. Autoduplicación de ADN 57
2.7.2.3. Período premitótico 64
2.7.2.4. Período mitótico 65
2.7.2.5. Renovación celular en poblaciones celulares 69
2.7.2.6. Respuesta celular a los efectos adversos 70
2.7.2.7. Distrofia celular 70
CAPÍTULO 3. REPRODUCCIÓN DE ORGANISMOS 73
3.1. La reproducción es una propiedad universal de los vivos. La evolución de la reproducción 73
3.2. Reproducción asexual 73
3.2.1. Reproducción asexual monocitogénica 73
3.2.2. Reproducción asexual policitogénica 75
3.3. Reproducción sexual 76
3.3.1. La evolución de la reproducción sexual 77
3.3.2. Gametogénesis 82
3.3.3. Fertilización 91
3.4. Formas de intercambio entre especies de información biológica 92
3.5. Aspectos biológicos del dimorfismo sexual 95
CAPÍTULO 4. ORGANIZACIÓN DEL MATERIAL HEREDITARIO 97
4.1. Objeto, tareas y métodos de la genética. Etapas de desarrollo de la genética 97
4.2. Niveles estructurales y funcionales de organización del material hereditario 100
4.3. El gen como unidad funcional de la herencia. Clasificación, propiedades y localización de genes 102
4.4. Las principales disposiciones de la teoría cromosómica de la herencia 108
CAPÍTULO 5. PATRONES DE HERENCIA
5.1. La herencia como propiedad de asegurar la continuidad material entre generaciones 110
5.2. Tipos y patrones de herencia 111
5.3. Fenotipo como resultado de la realización del genotipo en determinadas condiciones ambientales 117
5.4. Ideas de biología molecular sobre la estructura y el funcionamiento de los genes. Expresión génica y su regulación 118
5.5. Interacción de genes 122
5.5.1. Interacción de genes alélicos 122
5.5.2. Interacción de genes no alélicos 125
5.6. Pleiotropía 129
5.7. Alelismo múltiple 131
5.8. expresividad y penetrancia. genocopias 133
5.9. ingeniería genética 134
CAPÍTULO 6. VARIABILIDAD 137
6.1. La variabilidad como propiedad universal de los vivos 137
6.2. Variabilidad de la modificación, su naturaleza adaptativa, significado de la ontogenia y la evolución 138
6.3. Métodos estadísticos para estudiar la variabilidad de la modificación 143
6.4. Variabilidad genotípica. Mecanismos y biológicos 146.
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Los requisitos previos para la creación de la teoría celular fueron la invención y la mejora del microscopio y el descubrimiento de las células (1665, R. Hooke, al estudiar un corte de la corteza de un alcornoque, saúco, etc.). Los trabajos de famosos microscopistas: M. Malpighi, N. Gru, A. van Leeuwenhoek, permitieron ver las células de los organismos vegetales. A. van Leeuwenhoek descubrió organismos unicelulares en el agua. Primero se estudió el núcleo celular. R. Brown describió el núcleo de una célula vegetal. Ya. E. Purkine introdujo el concepto de protoplasma: contenido celular gelatinoso líquido.
El botánico alemán M. Schleiden fue el primero en llegar a la conclusión de que toda célula tiene un núcleo. El fundador de CT es el biólogo alemán T. Schwann (junto con M. Schleiden), quien en 1839 publicó el trabajo “Estudios microscópicos sobre la correspondencia en la estructura y el crecimiento de animales y plantas”. Sus provisiones:
1) célula: la unidad estructural principal de todos los organismos vivos (tanto animales como plantas);
2) si hay un núcleo en cualquier formación visible bajo un microscopio, entonces puede considerarse una célula;
3) el proceso de formación de nuevas células determina el crecimiento, desarrollo, diferenciación de células vegetales y animales. El científico alemán R. Virchow, quien en 1858 publicó su trabajo "Patología celular", hizo adiciones a la teoría celular. Demostró que las células hijas se forman por división de las células madre: cada célula de una célula. A finales del siglo XIX. Se encontraron mitocondrias, el complejo de Golgi y plástidos en células vegetales. Los cromosomas se detectaron después de que las células en división se tiñeron con tintes especiales. Disposiciones modernas de CT
1. Célula: la unidad básica de la estructura y el desarrollo de todos los organismos vivos, es la unidad estructural más pequeña de los vivos.
2. Las células de todos los organismos (tanto unicelulares como multicelulares) son similares en composición química, estructura, manifestaciones básicas del metabolismo y actividad vital.
3. La reproducción de las células ocurre por su división (cada nueva célula se forma durante la división de la célula madre); en los organismos multicelulares complejos, las células tienen diferentes formas y están especializadas según sus funciones. Células similares forman tejidos; Los tejidos consisten en órganos que forman sistemas de órganos, están estrechamente interconectados y sujetos a mecanismos de regulación nerviosos y humorales (en organismos superiores).
Importancia de la teoría celular
Quedó claro que la célula es el componente más importante de los organismos vivos, su principal componente morfofisiológico. La célula es la base de un organismo multicelular, el sitio de procesos bioquímicos y fisiológicos en el cuerpo. A nivel celular, finalmente ocurren todos los procesos biológicos. La teoría celular permitió sacar una conclusión sobre la similitud de la composición química de todas las células, el plan general de su estructura, que confirma la unidad filogenética de todo el mundo viviente.
2. Definición de vida en la etapa actual de desarrollo de la ciencia.
Es bastante difícil dar una definición completa e inequívoca del concepto de vida, dada la enorme variedad de sus manifestaciones. En la mayoría de las definiciones del concepto de vida, dadas por muchos científicos y pensadores a lo largo de los siglos, se tomaron en cuenta las principales cualidades que distinguen lo vivo de lo no vivo. Por ejemplo, Aristóteles decía que la vida es “nutrición, crecimiento y decrepitud” del cuerpo; A. L. Lavoisier definió la vida como una "función química"; G. R. Treviranus creía que la vida es "una uniformidad estable de procesos con una diferencia en las influencias externas". Está claro que tales definiciones no podían satisfacer a los científicos, ya que no reflejaban (y no podían reflejar) todas las propiedades de la materia viva. Además, las observaciones indican que las propiedades de los vivos no son excepcionales y únicas, como parecía antes, se encuentran por separado entre los objetos no vivos. AI Oparin definió la vida como "una forma especial y muy compleja del movimiento de la materia". Esta definición refleja la originalidad cualitativa de la vida, que no puede reducirse a simples leyes químicas o físicas. Sin embargo, incluso en este caso, la definición es de carácter general y no revela la peculiaridad específica de este movimiento.
F. Engels en "Dialéctica de la naturaleza" escribió: "La vida es un modo de existencia de los cuerpos proteicos, cuyo punto esencial es el intercambio de materia y energía con el medio ambiente".
Para la aplicación práctica, son útiles aquellas definiciones que contienen las propiedades básicas que son necesariamente inherentes a todas las formas de vida. He aquí uno de ellos: la vida es un sistema macromolecular abierto, que se caracteriza por una organización jerárquica, la capacidad de autorreproducción, autoconservación y autorregulación, metabolismo, un flujo de energía finamente regulado. Según esta definición, la vida es un núcleo de orden que se extiende en un universo menos ordenado.
La vida existe en forma de sistemas abiertos. Esto significa que cualquier forma viva no está cerrada solo sobre sí misma, sino que constantemente intercambia materia, energía e información con el medio ambiente.
3. Propiedades fundamentales de la materia viva
Estas propiedades en un complejo caracterizan cualquier sistema vivo y la vida en general:
1) autoactualización. Asociado con el flujo de materia y energía. La base del metabolismo son procesos equilibrados y claramente interconectados de asimilación (anabolismo, síntesis, formación de nuevas sustancias) y disimilación (catabolismo, descomposición). Como resultado de la asimilación, las estructuras del cuerpo se actualizan y se forman nuevas partes (células, tejidos, partes de órganos). La disimilación determina la descomposición de los compuestos orgánicos, proporciona a la célula materia plástica y energía. Para la formación de uno nuevo, se necesita una afluencia constante de sustancias necesarias desde el exterior, y en el proceso de vida (y disimilación, en particular), se forman productos que deben llevarse al entorno externo;
2) autorreproducción. Proporciona continuidad entre generaciones sucesivas de sistemas biológicos. Esta propiedad está asociada con los flujos de información incrustados en la estructura de los ácidos nucleicos. En este sentido, las estructuras vivas se reproducen y actualizan constantemente, sin perder su similitud con las generaciones anteriores (pese a la continua renovación de la materia). Los ácidos nucleicos son capaces de almacenar, transmitir y reproducir información hereditaria, así como realizarla a través de la síntesis de proteínas. La información almacenada en el ADN se transfiere a una molécula de proteína con la ayuda de moléculas de ARN;
3) autorregulación. Se basa en un conjunto de flujos de materia, energía e información a través de un organismo vivo;
4) irritabilidad. Asociado con la transferencia de información desde el exterior a cualquier sistema biológico y refleja la reacción de este sistema a un estímulo externo. Gracias a la irritabilidad, los organismos vivos pueden reaccionar selectivamente a las condiciones ambientales y extraer de ellas solo lo necesario para su existencia. La irritabilidad está asociada con la autorregulación de los sistemas vivos según el principio de retroalimentación: los productos de desecho pueden tener un efecto inhibidor o estimulante sobre aquellas enzimas que estaban al comienzo de una larga cadena de reacciones químicas;
5) mantenimiento de la homeostasis (del gr. homoios - "similar, idéntico" y estasis - "inmovilidad, estado") - la constancia dinámica relativa del entorno interno del cuerpo, los parámetros fisicoquímicos de la existencia del sistema;
6) organización estructural - un cierto orden, armonía de un sistema vivo. Se encuentra en el estudio no solo de organismos vivos individuales, sino también de sus agregados en relación con el medio ambiente: biogeocenosis;
7) adaptación: la capacidad de un organismo vivo para adaptarse constantemente a las condiciones cambiantes de existencia en el medio ambiente. Se basa en la irritabilidad y sus respuestas adecuadas características;
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