Система биологических наук. Методы биологических исследований. Уровни организации живой природы




НазваСистема биологических наук. Методы биологических исследований. Уровни организации живой природы
Сторінка1/9
Дата конвертації08.10.2013
Розмір1.26 Mb.
ТипДокументы
mir.zavantag.com > Биология > Документы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9
Система биологических наук. Методы биологических исследований. Уровни организации живой природы.

Основные методы биологии: описательный, сравнительный, экспериментальный, статистический, моделирования

Живую материю на всех уровнях ее организации ученые исследуют, пользуясь различными методами. Самыми популярными из них являются такие как описательный, сравнительный, экспериментальный, статистичес­кий, метод моделирования.

Одним из древних методов является описательный. С его помощью изучают внешнее и внутреннее строение организмов, а также различные явления.

Для того чтобы установить индивидуальность изучаемого объекта, его сравнивают с подобными объектами или процессами, поэтому описатель­ный метод тесно связан со сравнительным. Например, открытие новых ви­дов в науке невозможно без анализа их отличий от близких с ними форм. То же самое можно сказать и об органических соединениях, биохимических процессах, строении и функциях клеток, тканей, организмов, экологических систем. Для научного исследования любой биологический объект необхо­димо классифицировать, т. е. определить степень его сходства и отличия от других, подобных ему.

^ Экспериментальный метод предполагает изучение объектов или про­цессов в специально созданных искусственных условиях. Наблюдатель не вмешивается в природу, экспериментатор — должен. Великий ученый фи­зиолог И. П. Павлов писал: «..наблюдение собирает то, что ему предлагает природа, опыт же берет у природы то, что он хочет. И сила биологическо­го опыта поистине колоссальна». Эксперимент можно проводить в лабора­тории, а также в природе, например, на экспериментальных грядках можно изучить влияние удобрений на рост и развитие растений, на их урожайность.

Мониторинг — это постоянное наблюдение за ходом определенных процессов в отдель­ных экономических системах, в биосфере в целом или за состоянием от­дельных биологических объектов. Обычно мониторинг осуществляют на популяционно-видовом, биогеоценотическом или биосферном уровнях. Он дает возможность не только определить состояние каких-либо объектов, но и спрогнозировать возможные изменения и их последствия. Так, наблю­дая из года в год накопление в атмосфере двуокиси углерода, можно пред­положить, что в недалеком будущем может наступить глобальное потепле­ние на Земле.

Моделирование — это ме­тод исследования и демонстрации структур или процессов при помощи их упрощенной имитации. Этот метод дает возможность изучать объекты или процессы, которые невозможно воспроизвести экспериментально или не­посредственно наблюдать. Несмотря на то, что любая модель всегда упро­щена по сравнению с процессами или явлениями, которые происходят в при­роде, моделирование имеет исключительно важное значение потому, что дает возможность прогнозировать возможные последствия этих процессов и явлений. Особое место занимает математическое моделирование, кото­рое заключается в численном выражении парных связей, например, зависи­мость численности популяции растительноядного животного от численно­сти популяции хищника. Изменяя числовые значения одного из показателей; введенных в модель, можно наблюдать, как изменится другой, т. е. как бу­дет вести себя смоделированная система при определенных условиях. Ма­тематическое моделирование осуществляется при помощи электронно-вы­числительной техники.

^ Статистический метод. Количественный материал, собранный в ре­зультате наблюдений, экспериментов, моделирования, подлежит статисти­ческой (математической) обработке, которая позволяет проанализировать его всесторонне, выявив абсолютно всю информацию, которая в нем содер­жится, установить определенные закономерности.

^ Научные понятия. Любая науки использует определенные понятия, такие как научный факт, гипотеза, теория, закон. Научный факт — это то, что действительно установлено (структура, событие, явление и т. п.), но требует научного объяснения.

На научных фактах базируются научные теории или гипотезы — научно обоснованные предположения, объясняющие факт. Гипотеза, подтвержден­ная исследованиями, практикой, становится научной теорией. Научная теория — это обобщение опреде­ленной системы фактов и закономерностей. Биологический закон — это закономерности, которые, как правило, не имеют исключений и могут быть истолкованы лишь определенным образом. В отличие от других наук, в био­логии понятие «правило» и «закон» достаточно близки, иногда даже взаимо­заменяемы, например, закономерность, установленную Г. Менделем относи­тельно единообразия гибридов первого поколения, в некоторых случаях называют первым законом наследственности, а иногда правилом.

^ Свойства живой материи. - Прочитать самостоятельно в учебнике стр. 12-14

Уровни организации живой природы.

Живая материя имеет несколько уровней организации: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный.

На молекулярном уровне осуществляются химические реакции и преобразования энергии в живых организмах, а также сохраняется, изменя­ется и реализуется наследственная информация, носителями которой явля­ются молекулы нуклеиновых кислот.

На клеточном уровне осуществляются процессы обмена веществ и преобразования энергии, обеспечивается размножение и передача наслед­ственной информации потомкам.

Организмы одного вида имеют общие черты строения и жизненных функций, они изучаются такими науками, как ботаника, зоология, анатомия и физиология человека. Виды существуют в форме популяций — групп особей одного и того же вида, относительно изолированных друг от друга и обитающих в пределах одного ареала (места обитания вида).

Популяции разных видов входят в состав многовидовых систем биоце­нозов. В результате взаимодействия биоценозов с климатическими и дру­гими небиологическими факторами среды формируются биогеоценозы.

Отдельные биогеоценозы в совокупности составляют биосферу — часть внешних оболочек Земли, населенных живыми организмами.

^ Биосферный уровень организации живой материи представляет собой совокупность всех биогеоценозов планеты и характеризуется круговоро­том веществ и энергии, который обеспечивает существование биосферы как единой целостной системы.

^ Общая биология изучает наиболее общие законы и закономерности, которые характерны для всей живой природы.

Элементарный состав живых организмов. Классификация химических элементов по их количеству в живых организмах. Роль неорганических веществ в жизнедеятельности организмов. Функции воды в жизнедеятельности организмов.

В составе живых организмов обнаружено свыше 70 элементов табли­цы Менделеева. Среди них нет ни одного, который бы не встречался в не­живой природе, что говорит о том, что некогда все живое произошло от неживого. По количественному составу в организме все элементы можно разделить на четыре группы. Первая группа — макроэлементы, содержа­ние которых — от 1% и выше. К ним относятся кислород, углерод, азот, водород, кальций и фосфор. Вторая группа — олигоэлементы (от 0,1 до 1%). Этих элементов, как и макроэлементов, тоже шесть: калий, натрий, хлор, сера, магний, железо. Третья группа — микроэлементы, содержащи­еся в организме в количестве менее 0,01%. Семь элементов данной груп­пы (цинк, марганец, кобальт, медь, фтор, бром, йод) играют наиболее важ­ную роль в процессах жизнедеятельности организма. Четвертая группа — ультрамикроэлементы. К ней принадлежат все остальные элементы. Кон центрация их в организме ничтожно мала — от 10 4 до 10 "6%о. Это, напри­мер, такие элементы как бор, литий, алюминий, кремний, олово, кадмий, мышьяк, селен, ванадий, титан, хром, никель и др.

^ Роль неорганических веществ в жизнедеятельности организмов.

Весь исходный материал для построения живого организма «поставля­ет» неживая природа. Интересно отметить, что морская вода по содержа­нию элементов близка к внутренней среде живых организмов, а ее ионный состав почти идентичен составу плазмы крови человека. Поэтому многие ученые полагают, что возникновение жизни на Земле связано с водной сре­дой Мирового океана.

В состав живых клеток входит ряд относительно простых соединений, которые встречаются и в неживой природе — в минералах, природных во­дах. Это неорганические соединения.

Важнейшим неорганическим соединением, входящим в состав живых клеток, является вода: нет ни одного известного нам организма, который бы мог обходиться без воды. Содержание ее в разных клетках и организ­мах колеблется от 40 (клетки растений, жировая ткань) до 90% (медуза). Большое количество воды в живых организмах объясняется тем, что она участвует практически во всех процессах их жизнедеятельности. Необхо­димое содержание воды поддерживается за счет поступления ее извне с пи­щей (для человека примерно 2 л в сутки). Уникальные свойства воды оп­ределяются структурой ее молекул. В молекуле воды один атом кислорода ковалентно связан с двумя атомами водорода:

: О-Н

I

Н

Молекула воды полярна (диполь). Положительные заряды сосредото­чены у атомов водорода, в то время как кислород электроотрицательнее водорода. Отрицательно заряженный атом кислорода одной молекулы воды притягивается к положительно заряженному атому водорода другой моле­кулы с образованием водородной связи. По прочности водородные связи слабее ковалентных, поэтому они легко разрываются, что наблюдается, на­пример, при испарении воды. Благодаря большой теплоте испарения, повер­хность, с которой вода испаряется, интенсивно охлаждается. Такое свой­ство воды активно используется животными (потоотделение, тепловая одышка) и растениями (транспирация) для охлаждения.

Благодаря воде тепловой баланс регулируется не только на уровне орга­низма (потоотделение, транспирация), но и на уровне клетки — избыточная тепловая энергия, поступающая в клетку из внешней среды, расходуется не на нагревание клетки (что было бы для нее крайне опасным), а на разрыв водородных связей между полярными молекулами воды. Таким образом, благодаря механизмам терморегуляции, которые осуществляются за счет воды, клетки, как и организм в целом, могут поддерживать постоянную тем­пературу, что, в свою очередь, обеспечивает нормальное протекание обме­на веществ.

Вода — лучший растворитель из числа известных жидкостей. В ней ра­створяются все необходимые живому организму соединения (органические и минеральные вещества, газы). Свойства воды как растворителя обуслов­лены особенностями ее молекулярной структуры. Если энергия притяжения молекул воды к молекулам какого-либо вещества больше энергии притя­жения между молекулами воды, то вещество растворяется (его называют гидрофильным — от греч. hydor — вода, philia:— любовь). Нераствори­мые в воде вещества называются гидрофобными (от греч. phobos — страх).

Проникновение веществ в клетку и выведение из нее продуктов обме­на возможны именно благодаря свойству воды, как хорошего растворите­ля. Благодаря этому же свойству воды осуществляется и ее транспортная функция в организме (движение веществ по проводящей системе растений, перенос веществ кровью от кишечника к клеткам и от клеток — к органам выделения у животных).

Молекулы или ионы растворенных в воде веществ получают возмож­ность двигаться более свободно, их реакционная способность при этом повышается. Вот почему большинство биохимических реакций протекает именно в водной среде, а значит, вода является субстратом при синтезе и распаде биологических веществ, т. е. выполняет метаболическую функцию.

Вода — не только хороший растворитель, она сама может участвовать в химических реакциях. Реакции с водой называются реакциями гидролиза.

Вода определяет физические свойства клетки — ее объем, упругость.

Вода имеет максимальную плотность при 4 °С. Таким образом, твердая вода (лед) легче жидкой, что имеет жизненно важное значение для организ­мов, зимующих в водоемах (водоемы, покрываясь льдом, не промерзают полностью).

Вода имеет высокую температуру кипения. Это ее свойство делает воз­можным существование живых организмов в земных условиях (температу­ра на поверхности Земли редко достигает 100 °С).

Вода отличается большим поверхностным натяжением. Это свойство обеспечивает, в частности, сохранение формы живых клеток, транспорт воды по сосудам ксилемы растений, возможность обитания некоторых орга­низмов на водной поверхности (ряска, водомерки и др.).

К неорганическим веществам клетки, кроме воды, относятся также соли, которые могут быть представлены или в виде ионных соединений, или в виде нерастворимых твердых веществ. Для процессов жизнедеятельно­сти из входящих в состав солей катионов наиболее важны К+, Na+, Са2+, Mg2+, из анионов НР042- Н2Р04- Сl-, КС03- . Кроме того, что эти ионы имеют важное значение для нормального функционирования клетки, они также способствуют поддержанию внутри клетки постоянной реакции: не­смотря на то, что в процессе жизнедеятельности в ней непрерывно образу­ются кислоты и щелочи, в норме реакция клетки остается всегда слабоще­лочной, почти нейтральной. Из нерастворимых солей, присутствующих в организме, можно, в качестве примера, привести наличие фосфата кальция, придающего твердость костной ткани, карбоната кальция, делающего проч­ными раковины моллюсков.

Ряд важных функций в организме выполняют неорганические кислоты. Например, соляная кислота создает кислую среду в желудке животных и человека и в специальных органах насекомоядных растений, ускоряя пере­варивание белков пищи. Остатки фосфорной кислоты, присоединяясь к ряду белков-ферментов клетки, изменяют их физиологическую активность. Ос­татки серной кислоты, присоединяясь к нерастворимым в воде чужеродным веществам, делают их растворимыми и способствуют таким образом выве­дению их из клеток и организмов.

^ Органические вещества организмов. Липиды.

В состав клеток входит множество органических соединений, т.е. соединений, которые отсутствуют в неживой природе – это углеводы, белки, липиды, нуклеиновые кислоты и некоторые другие вещества. Все эти соединения в своей основе имеют атомы углерода, который составляет 50% от сухой массы организмов. Атомы углерода способны вступать друг с другом в прочную ковалентную связь, образуя множество разнообразных цепных или кольцевых молекул. К углеродным скелетам могут присоединяться другие группы атомов. Молекулы большинства вышеперечисленных веществ из-за огромной молекулярной массы называют макромолекулами или биополимерами. Они состоят из периодически повторяющихся звеньев – мономеров, которые относят к малым органическим молекулам.

Липиды — нерастворимые в воде (гидрофобные) органические со­единения. Они могут образовывать сложные комплексы с белками, углево­дами, остатками фосфорной кислоты и т. п. Самыми распространенными из липидов являются жиры. Молекула жира — это соединение трехатомного спирта глицерина и жирных кислот. В животных организмах глицерин соеди­нен с насыщенными жирными кислотами. Жиры животного происхождения твердые (сливочное масло, свиное сало), так как насыщенные жирные кис­лоты имеют высокую температуру плавления. В состав растительных жиров входят ненасыщенные жирные кислоты, имеющие значительно более низ­кую температуру плавления. Поэтому эти жиры жидкие (подсолнечное, оливковое, хлопковое и другие масла).

Помимо жиров, к липидам относятся стероиды. Они являются важным компонентом половых гормонов, вырабатываемых корковым слоем надпо­чечников, входят в состав витамина D и пр.

К липидам также относятся воски, выполняющие защитную функцию. У млекопитающих воски вырабатываются сальными железами кожи; они смазывают кожу и волосы. У птиц воски являются секретом копчиковой железы, который придает перьям водоотталкивающие свойства. Восковой слой покрывает листья наземных растений и полость тела наземных членистоногих, предостерегая их от чрезмерного испарения воды. Из воска пчелы строят соты.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9

Схожі:

Система биологических наук. Методы биологических исследований. Уровни организации живой природы iconСтранный мир волновой генетики
П. П. Гаряев, доктор биологических наук, академик Российской академии медико-технических наук
Система биологических наук. Методы биологических исследований. Уровни организации живой природы iconП л а н
Государственная регистрация потенциально-опасных химических и биологических веществ
Система биологических наук. Методы биологических исследований. Уровни организации живой природы iconВопросы по дисциплине “зоология” для студентов 1 курса факультета “Экологическая медицина ”
Предмет и задачи зоологии. Зоология, как комплексная наука о животном мире, его происхождении, развитии, современном положении, роли...
Система биологических наук. Методы биологических исследований. Уровни организации живой природы icon7. структурные уровни организации материи
Связи по "вертикали" – это связи субординации, т е соподчинения элементов. Они выражают сложное внутреннее устройство системы, где...
Система биологических наук. Методы биологических исследований. Уровни организации живой природы iconПлан Понятие метода научно-педагогического исследования Уровни педагогических исследований
Внедрение педагогического опыта, результатов научных исследований в практику воспитания и обучения учащихся
Система биологических наук. Методы биологических исследований. Уровни организации живой природы iconПлан Понятие метода научно-педагогического исследования Уровни педагогических исследований
Внедрение педагогического опыта, результатов научных исследований в практику воспитания и обучения учащихся
Система биологических наук. Методы биологических исследований. Уровни организации живой природы iconСеминар № Дифференциальная психология про т емперамент
...
Система биологических наук. Методы биологических исследований. Уровни организации живой природы iconСтатья 256 ук, часть 3 незаконная добыча водных биологических ресурсов
По правилам о любительской рыболовли – статья 17. 5 – что разрешено для использования
Система биологических наук. Методы биологических исследований. Уровни организации живой природы iconВосприятия человеком природы как живой материи (влияния природы на душу чело­века)
Вся природа в «Слове» наделя­ется автором человеческими чувствами, способностью раз­личать добро и зло. Она преду­преждает русских...
Система биологических наук. Методы биологических исследований. Уровни организации живой природы iconЭто наука о происхождении и развитии, формах и строении человеческого...
Предмет и содержание анатомии. Ее место в ряду биологических дисциплин. Значение анатомии для изучения клинических дисциплин и для...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Школьные материалы


База даних захищена авторським правом © 2013
звернутися до адміністрації
mir.zavantag.com
Головна сторінка