Файл: Первое высшее техническое заведение россии санктпетербургский горный университет Кафедра Геоэкологии.pdf

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра Геоэкологии
Допущены к проведению занятий в 2016-2017 уч.году
Заведующий кафедрой профессор ______________ М.А. Пашкевич
ТЕКСТЫ ЛЕКЦИЙ
по учебной дисциплине
«БИОЛОГИЯ»
Направление подготовки: 03.05.06. Экология и природопользование
Профиль: «Природопользование»
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Разработал: доцент Д.С. Петров
Обсуждены и одобрены на заседании кафедры
Протокол №___ от _____ 2016 г.
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2015
Текст

СОДЕРЖАНИЕ
ЛЕКЦИЯ 1. ПРЕДМЕТ ИЗУЧЕНИЯ БИОЛОГИИ. ЖИЗНЬ. ОСНОВНЫЕ
СВОЙСТВА ЖИВОГО. РАЗНООБРАЗИЕ ЖИЗНИ.
ЛЕКЦИЯ 2. ПРОКАРИОТИЧЕСКИЕ ОРГАНИЗМЫ
ЛЕКЦИЯ 3 .ВОДОРОСЛИ
ЛЕКЦИЯ 4. ГРИБЫ
ЛЕКЦИЯ 5. ЛИШАЙНИКИ
ЛЕКЦИИ 6-7. ВЫСШИЕ РАСТЕНИЯ
ЛЕКЦИЯ 8. ПРОСТЕЙШИЕ
ЛЕКЦИИ 9-11. ЖИВОТНЫЕ
ЛЕКЦИЯ 12. ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ. СВЯЗЬ С
ДРУГИМИ НАУКАМИ.
ЛЕКЦИЯ 13. ТКАНИ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА И ИХ СВОЙСТВА
ЛЕКЦИЯ 14. СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
ЛЕКЦИЯ 15. ФИЗИОЛОГИЯ ДЫХАНИЯ
ЛЕКЦИЯ 16. СИСТЕМА ПИЩЕВАРЕНИЯ.
ЛЕКЦИЯ 17 СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ВЫДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ИТОГОВОЙ АТТЕСТАЦИИ.

ЛЕКЦИЯ 1. ПРЕДМЕТ ИЗУЧЕНИЯ БИОЛОГИИ. ЖИЗНЬ. ОСНОВНЫЕ
СВОЙСТВА ЖИВОГО. РАЗНООБРАЗИЕ ЖИЗНИ.
Во многих определениях жизни указывается ведущее свойство, которое отличает живое от неживого. Аристотель относит к таким свойствам питание, рост, одряхление.
Павлов определяет жизнь, как сложный химический процесс. Энгельс – как способ существования белковых тел.
Современное определение жизни состоит из двух частей:
Во-первых, жизнь – это макромолекулярная открытая система, которой свойственна иерархическая организация, способность к самовозобновлению и обмену веществ, а, во-вторых, жизнь – это совокупность тонко регулируемых физико-химических процессов.
Свойства живого:
1.
Дискретность и непрерывность. Дискретность свойственна жизни как системе, пространственная - поскольку жизнь представлена отдельными организмами, временная – поскольку любой организм смертен. Непрерывность свойственна жизни как процессу.
2.
Особенности химического состава. В состав живых организмов входят те же элементы, что и в состав неживого, однако соотношение этих элементов и формы их соединений сильно различаются. В химии неживой природы помимо кислорода преобладают кремний, железо, магний, алюминий и т.п. В живых организмов присутствуют, в основном, четыре элемента – углерод, кислород, азот и водород. Вместе они составляют 98 % живого вещества. Эти элементы участвуют в образовании сложных органических молекул, таких как нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, жиры и многие другие.
3.
Обмен веществ (метаболизм). Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из неё вещества, необходимые для питания и выделяя продукты жизнедеятельности. Процесс поглощения веществ, которые после ряда физических и химических превращений становятся частью организма называется ассимиляцией. Обратный процесс, в результате которого сложные органические соединения распадаются на простые, и при этом формируется некоторое количество энергии, необходимой для биосинтеза, называется диссимиляцией.
4.
Единая структурная организация. Все известные науке организмы имеют клеточное строение.
5.
Репродукция. Реализуется в виде бесполого или полового размножения.
Происходит в виде реакции матричного синтеза, т.е. образования новых молекул и структур на основе информации, заложенной в виде последовательности нуклеотидов
ДНК.
6.
Наследственность и изменчивость. Наследственность – способность организма передавать свои признаки, свойства и особенности развития следующему поколению. Объясняет высокой точностью редупликации молекул ДНК. Изменчивость – обратное свойство, способность организма приобретать новые признаки и свойства, в основе которой лежат изменения биологических матриц. Связано с отсутствием абсолютной точности редупликации молекул ДНК.
7.
Рост и развитие. Онотогенез и филогенез (эволюция). Свойтвенны не только живому веществу, но прояляются у живых организмов очень специфично.
8.
Раздражимость. Свойство реагировать на внешние воздействия. Проявляется в виде рефлексов (у организмов с нервной системой), таксисов (фототаксис движение к свету, хемотаксис – движение от перемещение по отношению к концентрации веществ)) и тропизмов (рост растений к солнцу – гелиотропизм) .

9.
Авторегуляция. Гомеостаз – способность поддерживать относительное постоянство внутренних процессов и химического состава в меняющихся условиях окружающей среды.
10.
Открытость – организмы способны существовать лишь при непрерывном поступлении энергии и вещества извне, т.е. представляют собой открытые системы.
Уровни организации жизни.
Уровни организации биологических объектов: молекулы и молекулярные комплексы – органоиды или органеллы клеток – клетки – ткани – органы – системы органов
– организмы – популяции и субпопуляционные структуры – ценозы – экосистемы (в т.ч. биогеоценоз) – экосфера Земли – биосфера Земли.
Разнообразие жизни.
Совокупность всех разновидностей живых существ Земли именуют биологическим разнообразием или биоразнообразием, которое начало возникать с зарождением жизни около 4 млрд. лет назад. Невозможно подсчитать, сколько всего видов возникало и исчезало на Земле. Сегодня в науке описано около 2 млн. видов животных, из них более
1,5 млн. насекомых, примерно 0,5 млн. видов растений, свыше 100 тыс. видов грибов и 40 тыс. видов простейших.
Количество описанных видов увеличивается, так, например, в 1993 г. во Вьетнаме обнаружили новый вид достаточно крупного животного - антилопы. Пополнение биоразнообразия происходит в основном за счет насекомых, каждый год открывают до 2 тыс. новых видов. Пополняются новыми видами списки рыб, червей, грибов.
Большинство специалистов склоняется к цифре 5-6 млн видов. Имеются географические закономерности видового разнообразия, например, для России оно постепенно возрастает с севера на юг. Самых больших для суши величин видовое разнообразие достигает в тропических дождевых лесах.
С 1600 года по оценке ученых за 400 лет безвозвратно исчезли 83 вида млекопитающих, 113 видов птиц, 21 вид рептилий, 23 вида рыб и 384 вида высших растений. Этот список не полон, ведь многие животные и растения исчезли прежде, чем были обнаружены учеными. В конце ХХ века планета теряет один вид позвоночных животных ежегодно. В настоящее время под угрозой исчезновения находится почти 20 тысяч видов растений, 320 видов рыб, 48 амфибий, 1355 видов рептилий, 924 видов птиц и
414 видов млекопитающих. Исчезновение видов нарушает тонкий природный баланс, который складывался миллионы лет. Утрата вида ведет к скрытой цепочке негативных последствий, вследствие которого экосистемы зачастую становятся неустойчивыми. Этот процесс может стать опасным не только для природы, но и человечества в целом.

Разнообразие и родство различных форм жизни изучается двумя взаимосвязанными науками – систематикой и таксономией.
Систематика - раздел биологии, посвященный:
- описанию, обозначению и классификации по группам всех существующих и вымерших организмов, установлению родственных связей между отдельными видами и группами видов.
Основными задачами систематики являются:
- определение посредством сравнения индивидуальных и специфических особенностей каждого вида и надвидовых таксонов;
- выяснение их частных и общих свойств.
Таксономия – наука, определяющую методологию и методы (теорию) иерархической классификации организмов в зависимости от степени их родства.
Таксономическая единица (таксон) - группа организмов, связанных той или иной степенью общности свойств и признаков, дающих основание для присвоения им определенной таксономической категории: подвид, вид, род, семейство и т.д. (лат. Taxare
– оценивать)
Основной таксономической единицей является вид. Определить понятие вид можно следующим образом:
Вид это совокупность популяций особей:

способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства;

населяющих определенный ареал;

обладающих рядом общих морфо- и физиологических признаков и типов взаимоотношений с абиотической и биотической средой;

отделенных от других таких же групп особей практически полным отсутствием гибридных форм.
В современной классификации форм жизни самой высшей систематической единицей является империя (всего две – неклеточные (вирусы) и клеточные), которая делится на царства, царства на типы (отделы у растений), классы, отряды (порядки у растений), семейства, роды и виды. Кроме того, для большей дифференциации используют приставки над и под (надцарство, подцарство, надсемейство, подсемейство).
Например, кошка:
Домен:
Эукариоты
Царство:
Животные
Подцарство:
Эуметазои
Без ранга:
Bilateria
Без ранга:
Вторичноротые
Тип:
Хордовые
Клада:
Черепные
Подтип:
Позвоночные
Инфратип:
Челюстноротые
Надкласс:
Четвероногие
Класс:
Млекопитающие
Подкласс:
Звери
Инфракласс:
Плацентарные
Надотряд:
Лавразиотерии
Отряд:
Хищные
Подотряд:
Кошкообразные
Семейство:
Кошачьи
Подсемейство:
Малые кошки
Род:
Кошки
Вид:
Лесная кошка

В современной классификации много спорных вопросов, существуют разные взгляды на систематические единицы, одни биологи укрупняют систематические единицы, другие с этим не соглашаются. Например, одни современные ученые считают простейших одноклеточных животных типом, другие - подцарством, состоящим из 7 типов.
В современной систематике чаще всего используются две классификации организмов. Наиболее широко применяется классическое направление систематики, предложенное К. Линнеем. Первоначально в названиях вида использовался принцип
«подходящих» названий. Однако, это привело к значительной путанице. Помимо достаточно большого количества прилагательных, описывающих организм, ученые часто не сходились во мнениях, какой из признаков нужно считать наиважнейшим. В конце концов, Линней дал всей современной систематике достаточно формализованный язык описания таксономического разнообразия, смысл которого можно огрубить до двух принципов. Во-первых, название видового таксона должно быть двухсловным (принцип
биноминальной номенклатуры); во-вторых, старейшее название всякого таксона должно быть закреплено за ним на все времена (принцип приоритета).
Развитие идей Линнея привело к тому, что таксономические названия утратили свое значение «подходящих». Начиная с середины XIX в. они играют роль простых ярлыков при таксоне, облегчая общение между биологами, и не несут никакой особой смысловой нагрузки. Поэтому современную таксономическую номенклатуру не без оснований называют линнеевской: многие из используемых ныне правил, составляющих
Кодексы номенклатуры (отдельно для зоологии, ботаники, бактериологии), заимствованы из «канонов» Линнея.
Другое направление систематике, достаточно широко применяемое на практике носит название «филогенетическая» или «эволюционная». Наибольшее влияние на систематику эволюционного направления оказала дарвиновская теория эволюции. Она акцентировала внимание не на стадиях исторического развития, а на разных его направлениях. На этой основе сформировалась филогенетика как дисциплина, занимающаяся историческими реконструкциями в биологии.
В рамках эволюционного направления при разработке классификаций руководствуютсяобщимпринципом филогенетического единства, т.е. утверждением, что таксоны филогенетической системы должны характеризоваться
единством
происхождения (монофилией), общностью признаков и общностью тенденций
исторического развития.
Если вы помните, в учебниках по биологии вы встречали своеобразные «деревья», которые показывали эволюцию, например, гоминид, от австралопитека до «человека разумного». Такие деревья называются филогенетическими и являются наглядным отображением систематики данного направления. Существенным недостатком данной системы является установление более близкого родства между видами, имеющими общего предка. При построении филогенетического дерева рептилий, мы вынуждены будем, например, признать, что крокодилы состоят в более близком родстве с птицами, чем с ящерицами или змеями и нам придется объединять крокодилов и птиц в один таксон, а остальных рептилий в другой.

Следующим недостатком данной системы является невозможность отследить все звенья эволюции, зачастую «развилки» ветвей филогенетического дерева остаются пустыми.
Большую роль в развитии эволюционного направления сыграл открывшийся доступ к принципиально новым фактам – строению биополимеров: сначала белков, затем нуклеиновых кислот. Это позволило подвести более строгую материальную базу под концепцию генетического родства в развитие представлений о таксоне как группе близкородственных организмов.
Основным выразителем новой идеологии систематики эволюционного направления, сложившейся в последней трети ХХ в., стала кладистика. Ее отцом- основателем по праву считается немецкий энтомолог В.Генниг, опубликовавший в 1950 г. книгу «Филогенетическая систематика». Активно развиваться она стала в 1970-е гг. после издания названной книги на английском языке.
Обращение систематики к молекулярно-генетическим данным в конечном итоге вылилось в формирование геносистематики – одного из последних ответвлений эволюционного направления. В ней родственные отношения реконструируются по строению белка, ДНК, РНК, которым приписывается больший вес, чем данным классической морфологии.
Мы будем использовать классическую систематику организмов. Название вида здесь состоит из двух слов на латыни. Первое является существительным и является общим для всего рода организмов. Второе – прилагательное, определяет вид. В литературе вы можете встретить также в названии вида фамилию ученого, который дал первое описание вида.

К империи неклеточных организмов относится царство Вирусы, к клеточным - надцарство Прокариот (доядерных) и надцарство Эукариот (ядерных). Надцарство
Прокариот состоит из двух царств - царство Бактерии и царство Синезеленые. Надцарство
Эукариот включает 5 царства - царство Простейшие, Водоросли, Грибы, Растения и
Животные.
К прокариотам относятся организмы, имеющие клеточное строение, но не имеющие ядра.
Царство бактерии делится на два подцарства Архебактерии и Эубактерии.
Архебактерии - наиболее древняя группа примитивных анаэробных прокариот
(метанообразующих, серозависимых и обитателей соленых водоемов). Эубактерии
(настоящие бактерии) - исключительно одноклеточные организмы. Бактериальная клетка заключена в плотную, жесткую клеточную стенку. Основным компонентом клеточной стенки бактерий является полисахарид - муреин. Бактерии не имеют структурно оформленного ядра. Генетический аппарат бактерий называют нуклеоидом. Он представляет собой молекулу ДНК, сосредоточенную в ограниченном пространстве цитоплазмы. В отличие от эукариот, ДНК имеет кольцевую структуру, а не линейную.
Среди бактерий различают: гетеротрофов, потребляющих готовое органическое вещество и автотрофов, способных синтезировать органические вещества из неорганических. Среди них различают фотосинтетиков, осуществляющих процессы синтеза за счет энергии солнечного света с помощью бактериохлорофилла (при фотосинтезе не происходит выделения кислорода) и хемосинтетиков, синтезирующих органические вещества за счет химической энергии, выделяющейся при окислении серы, сероводорода, аммиака и т.д.
Многие бактерии могут фиксировать атмосферный азот, благодаря этим бактериям почва обогащается азотом и повышается урожайность растений.
Синезеленые также способны фиксировать азот атмосферы, но главной их особенностью является фотосинтез, который сопровождается фотолизом воды и выделением кислорода. Именно благодаря их деятельности появился кислород в атмосфере. Есть одноклеточные организмы, но некоторые виды могут образовывать длинные многоклеточные нити или объединяться в колонии.
Эукариоты отличаются наличием ядра в клетках.
Простейшие – наиболее просто построенные организмы из Эукариот, являющиеся в виде одной клетки с одним или несколькими ядрами. У одних тело состоит из голой протоплазмы, без оболочки. Протоплазма разделена на два слоя: наружный - прозрачный, играющий главную роль в движении и захватывании пищи (эктоплазма) и внутренний - из

плазмы зернистой, заведующий пищеварением. Для движения служат отростки протоплазмы (псевдоподии), ими же захватывается пища, которая переваривается внутри клетки в протоплазме. У других протоплазма заключена в оболочку, для движения служат реснички и жгутики, для принятия и удаления пищи есть особые, отверстия. Размножение.
П. состоит в разделении их тела, иногда в почковании; часто процессу размножения предшествует временное или полное соединение двух особей, в чем видят аналогию полового размножения. К простейшим относятся семь типов организмов Выделение типов связано со строением органов движения: реснички, псевдоподии и др; со строением ядерного аппарата; способом размножения и образом жизни.
Типы: саркомастигофоры (амебы, жгутиконосцы, радиолярии), апикомплексы
(например, токсоплазма, малярийный плазмодий), микроспоридии
(паразиты беспозвоночных), миксоспоридии (паразиты рыб или олигохет), инфузории, лабиринтулы
(переходная форма к многоклеточным, поскольку живут как скопление множества клеток в единой цитоплазме), асцетоспоровые (паразиты морских моллюсков).
Царство водоросли группа низших, автотрофных, обычно водных организмов; содержат хлорофилл и другие пигменты и вырабатывают органические вещества в процессе фотосинтеза. Цветков и семян нет. Споры, как правило, лишены твёрдой оболочки. Тело В. (слоевище, или таллом) по своему строению проще, чем у мхов, папоротников и других наземных растений; часто отсутствует дифференциация клеток на ткани; у части В. в клетках содержится помногу ядер; есть В. неклеточного строения
(ботридиум, сифоновые. Насчитывается около 30 тыс. видов В. На основании различий в наборе пигментов, особенностей морфологии и биохимии (состав клеточных оболочек, запасные вещества) различают 9 типов (отделов) В.: золотистые (Chrysophyta), пиррофитовые (Pyrrophyta), диатомовые (Bacillariophyta), разножгутиковые, или жёлтозелёные (Xanthophyta), эвгленовые (Euglenophyta), зелёные (Chlorophyta), харовые
(Charophyta), бурые (Phaeophyta), красные (Rhodophyta). Все типы В. эволюционировали в основном независимо. В. (по-видимому, зелёные) дали начало наземным растениям. В. - главные производители органических вещества в водной среде. Около 80% всех органических веществ, ежегодно создающихся на земле, приходится на долю В. и других водных растений. В. прямо или косвенно служат источником пищи для всех водных животных.