Слайд 1Лекция 17.
Особенности биологического уровня организации материи
Становление современной биологии.
Сущность живого,
его основные признаки.
Особенности неравновесной термодинамики, самоорганизации и информационного обмена в
живых системах
Слайд 21. Становление современной биологии.
Биология – это совокупность наук о живой
природе: об огромном многообразии вымерших и ныне населяемых Землю живых
существах, их строении и функциях, происхождении, распространении, развитии, связях друг с другом и неживой природой.
Первые систематические попытки познания живой природы сделали врачи античности Гиппократ (460-370г. до н.э.), Гален (130-200 лет до н.э.), греч.ученый Аристотель (384-322 г. до н.э.). На начальном этапе развитие биологии носило спокойный характер и названа –традиционной биологией.
Объектом изучения традиционной биологии всегда была и остается живая природа в ее естественном состоянии и нерасчлененной целостности.
Слайд 3ЧЕЛОВЕК НЕ ПРОТИВОПОСТАВЛЯЛ СЕБЯ ПРИРОДЕ
Слайд 51. Этапы развития биологии
Систематики или таксономии( К.Линней, А.Жюссье, О.Декандоль, Ж.Ламарк,
М.Адансон)
Эволюционный (Ж.Ламарк, Ж.Кювье, Ч.Дарвин)
Биология микромира(Г.Мендель)
Слайд 6Изучение закономерностей строения и жизнедеяте-льности животных, растений и микроорга-низмов
Изучение строения
и жизнедеяте-льности клетки и тканей, наследственности и индивидуального развития организмов
Изучение
закономерностей исторического развития организ-мов
Слайд 7 Основные обобщения биологических наук
Живые системы подчиняются физическим и химическим
законам
Многообразие живой природы – результат действия наследственности, изменчивости и естественного
отбора
Процессы метаболизма происходят с участием ферментов
Витамины – предшественники коферментов
Гормоны регулируют функции клеток
Все живое состоит из клеток –клеточная теория
Наследственный фактор живого, функционально неделимая единица наследственной информации – ген – генная теория
ДНК – главный носитель генетической информации
Биохимические реакции находятся под контролем генов
Все живое определенной области находится в тесной взаимосвязи друг с другом и с окружающей средой
Слайд 81. АКСИОМЫ БИОЛОГИИ
Все живые организмы должны состоять из фенотипа и
программы для его построения – генотипа, передающейся по наследству. Жизнь
на основе только одного генотипа или фенотипа невозможна.
Генетические программы не возникают заново, а реплицируются матричным способом
В процессе передачи генетические программы изменяются случайно и ненаправленно
В процессе формирования фенотипа изменения генетических программ усиливаются
Слайд 9ОХОТА. Носорог, пронзенный стрелами (древнее изображение)
Слайд 10Анатомия в древнем Китае
Запрет касаться ножом живого и мертвого тела
Знание
расположения и формы внутренних органов
Слайд 11Клавдий Гален (130 - 200)
Выдающийся биолог-исследователь античного времени
Великий врач, анатом
и физиолог
Слайд 121. Становление современной биологии.
Традиционная биология имеет ранние истоки своего зарождения.
Они восходят к средним векам, а становление ее в самостоятельную
науку, получившую наименование " натуралистическая биология " приходится на XVIII-XIX вв. Ее методом стало тщательное наблюдение и описание явлений природы, главной задачей -их классифицирование, а реальной перспективой – установление закономерностей их осуществления, смысла и значения для Природы в целом.
Слайд 131. Становление современной биологии.
Вершиной искусственной (в отличие от естественной, не
преследующей цель воссоздания родственных, т.е. генеалогических связей) стала система, созданная
К.Линнеем (1707-1778).
С именем Линнея связано введение бинарной ( обозначение рода и вида) номенклатуры, почти в неизменном виде дошедшей до наших дней, а также принцип иерархического соподчинения таксонов и их наименования - классы, отряды, роды, виды, разновидности.
Слайд 14Особенности средневековых воззрений на природу
Природа – символ божества
Творец создал природу
для человека
Символическое видение мира
Слайд 15
Биологические знания в средние века
Биология не выделялась в отрасль естествознания
с собственным предметом изучения.
Средневековая биология – отражение культуры
Слайд 16Альберт Великий (1206-1280)
Многотомная энциклопедия
Разделы «О растениях» и «О животных»:
детальные
описания растений и животных
заимствования у древних (Аристотель)
Слайд 17Проблема самозарождения
Парацельс, выполняющий свои опыты по возрождению
Слайд 18Карл Клюзиус (1525-1609), классификация растений
деревья, кусты и полукустарники
луковичные растения
хорошо пахнущие
растения
непахнущие растения
ядовитые растения
папоротники, злаки, зонтичные и др.
Слайд 19Джон Рей (1627-1705)
3 тома «История растений» (1686)
Слайд 20Карл Линней (1707-1778)
описание большого количества растительных и животных форм
их точная
диагностика и удобная систематизация.
«Виды растений» (1761): описано 1260 родов и
7560 видов, выделены разновидности.
разработал лучшую из искусственных классификаций
Слайд 21Анатомия животных и человека в XVI – XVII веках
Леонардо да
Винчи
вскрывал трупы
делал вивисекции
анатомические рисунки (строение животных и человека)
близок к пониманию
процесса кровообращения
Зачатки сравнительной анатомии (труды)
Слайд 221. Становление современной биологии.
Более " естественными ", или " природными
", т.е. отражающими родственные связи, были системы, созданные также ботаниками
- А.Л.Жюссье (1748-1836), О.П.Декандолем (1778-1841) и, в особенности, Ж.Б. Ламарком (1744-1829).
Описываемый период в истории натуралистской биологии отмечен еще одним ярким именем - М.Адансона (1727-1806), также стремившегося к воссозданию естественного порядка в соотношении организмов.
Слайд 23Антони Левенгук -микроскопист и один из конструкторов микроскопа
обнаружил форменные элементы
крови – красные кровяные тельца
Слайд 241. Становление современной биологии.
Термин "физико-химическая биология" был в 1970 году
введен химиком-органиком Ю.А.Овчинниковым - сторонником тесной интеграции естественных наук и
внедрения в биологию современных точных физико-химических методов с целью изучения элементарных уровней организации живой материи- молекулярного и надмолекулярного ее уровней.
Слайд 251. Становление современной биологии.
Одно из главных событий в истории биологии
20 века - выход экспериментальной физико-химической биологии на изучение молекулярного
уровня живой природы. Произошло тесное сближение биологии со смежными ей физикой и химией.
Это означает, что проблемы, считавшиеся прежде типично биологическими, стали, по существу, проблемами ВСЕГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ.
Слайд 26Этапы физико-химической биологии
Применение метода меченных атомов
Использование рентгеноструктурного анализа и электронной
микроскопии
Открытие метода фракционирования
Развитие методов прижизненного анализа
Компьютеризация биологических исследований (томография)
Слайд 271. Становление современной биологии.
Проблем этих три, и мы назовем их
в той последовательности, которая отражает динамику жизни как особого феномена
Природы:
происхождение жизни;
молекулярно-генетический подход к изучению эволюции;
молекулярные основы генетической репродукции и процессов обмена веществ.
Слайд 281. Становление современной биологии.
Для живой природы развитие во времени –
неотъемлемое и наиболее характерное свойство. В итоге сформировалась самостоятельная область
знания – эволюционная биология. Ее облик сложился в результате интеграции двух потоков знаний:
В итоге развития самого эволюционного учения, приведшего к разнообразию самих теорий эволюции ( дарвинизм, СТЭ – синтетическая теория эволюции, теория катастроф, нейтралистская теория эволюции и др.;
Вклад различных биологических дисциплин, естествознания и др. в единый арсенал знаний об эволюции и ее механизмах.
Слайд 29 История развития эволюционных идей
1 период – от античной натурфилософии
до эпохи Возрождения. Основные черты: сбор сведений об органическом мире;
попытки формального описания и классификации; господство креационизма и наивно-трансформистских представлений (Анаксимен, Эмпедокл, Аристотель)
2 период – начинается от Возрождения. Основные черты: интерес к естествознанию усиливается; число приверженцев идей эволюции органического мира возрастает; построение таксономий; метафизическая концепция неизменности видов (К.Линней)
3 период – начинается с 18 столетия. Основные черты: формируется исторический подход к объяснению целесообразности живого.(Ж.Ламарк, Ж.Кювье, Ч.Дарвин)
Слайд 30 Под биологической эволюцией понимают процесс исторического развития живого
мира от древнейших форм жизни до современных и будущих форм.
Первая
попытка построения целостной концепции развития органического мира была предпринята фр. естествоиспытателем Ж.Б.Ламарком ( «лестница существ», стремление к усложнению, влияние внешней среды: прямая и косвенная изменчивость, не случайный, а закономерный характер)
Эволюционное учение сформулирована Ч.Дарвиным в 1859г. Ч.Дарвину и А.Уоллесу принадлежит честь материалистического объяснения механизмов эволюции вообще и видообразования в частности.
Слайд 31 Виды антидарвинизма
Критика дарвинизма велась со времени его
возникновения и имела объективные основания.
Ортоламаркизм- Э.Коп, Г.Осборн, Л.Берг, Т.Эймер( стремление
организмов к совершенствованию)
Механоламаркизм- Г.Спенсер, Э.Геккель ( прямое или функциональное приспособление, упражнение органов)
Психоламаркизм- А.Вагнер, А.Паули (привычка, сила воли, сознание)
Телеогенез- К.Бэр( стремление организмов к совершенствованию)
Сальтоционизм- А.Зюсс ( план будущего, скачкообразные изменения)
Генетический антидарвинизм- Г.де.Фриз, Л.Кено, И.Лотси
Слайд 321. Становление современной биологии.
Эволюция осуществляется в результате взаимодействия изменчивости, наследственности
и естественного отбора, движущих сил эволюции.
Эволюционная теория взросла на благодатной
почве традиционной биологии с классическими методами наблюдений и систематизации.
Генетика привела к новым представлениям об эволюции – неодарвинизм ( теория органической эволюции путем естественного отбора признаков, детерминированных генетически) = СТЭ.
Достижения генетики, молекулярной биологии, общие положения теории самоорганизации потребовали пересмотра основ Дарвиновского учения.
Слайд 331. Становление современной биологии.
Сегодня эволюционная биология располагает значительной базой для
проведения нового эволюционного синтеза, в осуществлении которого многим биологам видится
путь к оформлению новой дисциплины – теоретической биологии.
Эволюционный процесс в биосфере носит многоуровневый характер ( на молекулярном, клеточном, тканевом, уровне органов, организмов, популяций, биоценозов).
Слайд 342. Сущность живого, его основные признаки.
Одним из наиболее трудных и
в то же время интересных в современном естествознании является вопрос
о происхождении жизни. Он интересен не только сам по себе, но и тесной связью с проблемой отличия живого от неживого, а также связью с проблемой эволюции жизни.
В разработке же извечного вопроса естествознания "о сущности жизни" было влияние химии.
Слайд 352. Сущность живого, его основные признаки.
Само свойство жизни- проявление не
химических, а каких-то физических законов. История воздействия физики на теоретическую
мысль биологии чрезвычайно богата. Один из примеров, термодинамическая концепция Э.Бауэра, изложенная в труде "Теоретическая биология", опубликованном в 1935 г.
Слайд 362. Сущность живого, его основные признаки.
. Речь прежде всего идет
об устоявшихся к тому времени термодинамических понятиях "энергия" и "энтропия",
которые, согласно Бауэру, проявляют себя в отношении живых организмов не так, как в отношении неживых тел: в процессе эволюции живого происходило его усложнение, а не деградация, движение не к равновесию ( стационарности ), а к не равновесию как неотъемлемому свойству существования биологических систем.
Слайд 372. Сущность живого, его основные признаки.
Законы неравновесной термодинамики для объяснения
происхождения и эволюции живого использовали И.Пригожин (1960-70 гг.), а еще
раньше Людвиг фон Берталанфи (1932 г.), Э.Шредингер ( 1947 г.), У.Эшби (1966 г.).
Г.Хакен внедрил в научный лексикон термин синергетика. Синергетика ввела случайность на макроскопический уровень и подтвердила вывод теории о взаимопревращениях энергии и вещества.
Слайд 382. Сущность живого, его основные признаки.
Термодинамика XX века изучает открытые
системы в состояниях, далеких от равновесия. Это направление и получило
название синергетики, которая сформировала принцип самодвижения в неживой природе, т.е. создание более сложных систем из простых.
Вещество – это застывшая энергия. Энтропия – это форма выражения количества связанной энергии, которую имеет вещество. Энергия – это творец, а энтропия – мера творчества. В синергетике изучается процесс творчества Природы. Синергетика подтверждает вывод: Энергия творит более высокие уровни организации.
Слайд 392. Сущность живого, его основные признаки.
Есть несколько фундаментальных отличий в
вещественном, структурном и функциональных планах.
В вещественном плане в состав
живого обязательно входят высокоупорядоченные макромолекулярные органические соединения, называемые биополимерами, - белки и нуклеиновые кислоты ( ДНК и РНК ).
В структурном плане живое отличается от неживого клеточным строением.
В функциональном плане для живых тел характерно воспроизводство самих себя. Устойчивость и воспроизведение есть и в неживых системах. Но в живых телах имеет место процесс самовоспроизведения.
Слайд 402. Сущность живого, его основные признаки.
Также живые тела отличаются от
неживых наличием обмена веществ, способностью к росту и развитию, активной
регуляцией своего состава и функций, способностью к движению, раздражимостью, приспособляемостью к среде и т.д. Неотъемлемым свойством живого является деятельность, активность. Однако строго научное разграничение живого и неживого встречает определенные трудности. Имеются как бы переходные формы от нежизни к жизни.
Слайд 41 Структурные уровни организации живого
Молекулярно-генетический( репродукция нуклеиновых кислот и белков
– элементарной основы эволюции)
Клеточный (разделение функций между структурами)
Организменный (декодирование и
реализация генетической информации)
Популяционный (микроэволюция)
Биосферный ( протекают вещественно-энергетические круговороты)
Слайд 42 Концепции возникновения жизни
Креационизм – божественное сотворение живого
Панспермия –
жизнь занесена на Землю из вне
Теория стационарного состояния – жизнь
существовала всегда
Теория самопроизвольного зарождения жизни – жизнь возникала неоднократно из неживого вещества
Теория биохимической эволюции – жизнь возникла в историческом прошлом в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам
Слайд 43 Варианты исторической эволюции
Происхождение жизни – результат случайного образования единичной
живой молекулы, в строении которой был заложен весь план дальнейшего
развития живого (фр.биолог Ж.Моно )
Зарождение жизни на Земле – длительный закономерный эволюционный процесс становления живой материи в недрах неживой. В вещественном плане необходим прежде всего углерод (А.Опарин)
Слайд 44 Этапы биохимической эволюции
Синтез низкомолекулярных органических соединений из газов первичной
атмосферы
Полимеризация с образованием цепей белков и нуклеиновых кислот
Образование фазово-обособленных систем,
отделенных от среды мембранами
Возникновение простейших клеток, обладающих свойствами живого
Слайд 45 Этапы развития живой природы
Появление простейших клеток – прокариотов
Появление высокоорганизованных
клеток –эукариотов
Появление многоклеточных организмов, функциональная дифференциация
Появление высших животных, развитие
нервной системы и мозга
Появление человека и формирование разума
Появление общества и формирование общественного сознания
Слайд 463. Особенности неравновесной термодинамики, самоорганизации и информационного обмена в живых
системах
Человечество вступило в этап своего развития, который называют информационным обществом.
Главная его характеристика – компьютерная революция. В этих условиях появление новых парадигм вполне закономерно и наиболее интегральным из них становится синергетика.
Синергетика – новое направление в познании человеком природы, общества и самого себя, смысла своего существования. Новое качество в познании достигается за счет использования нелинейного мышления и синтеза достижений различных наук при конструировании образа мировоззрения.
Слайд 473. Особенности неравновесной термодинамики, самоорганизации и информационного обмена в живых
системах
Самоорганизация в сложных и динамичных открытых системах возможна лишь при
наличии достаточно большого числа взаимодействующих элементов.
Наиболее высокий уровень упорядоченности, известный науке, демонстрирует феномен жизни и порождаемый им разум.
Слайд 483. Особенности неравновесной термодинамики, самоорганизации и информационного обмена в живых
системах
Итак, характерные особенности самоорганизующихся систем:
открытость системы;
нахождение системы вдали
от равновесия;
нелинейность системы, когда слабые воздействия на нее могут привести к непредсказуемым последствиям;
наличие положительной обратной связи.