Что такое сегменты в биологии: Сегмент — это… Что такое Сегмент?

Сегменты — это… Что такое Сегменты?

СЕГМЕНТ 1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ БИОЛОГИИ

Стр 1 из 21Следующая ⇒

БИОЛОГИЯ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 3

СЕГМЕНТ 1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ БИОЛОГИИ………………………………………………………………………… 3

СЕГМЕНТ 2. ЗНАЧЕНИЕ ОБЩЕЙ БИОЛОГИИ………………………………………………………………………….. 3

СЕГМЕНТ 3. МЕТОДЫ БИОЛОГИИ…………………………………………………………………………………………….. 5

СЕГМЕНТ 4. ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ………………………………… 7

ТЕМА 1. КОНЦЕПЦИЯ СИСТЕМНОЙ МНОГОУРОВНЕВОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИЗНИ…………… 8

СЕГМЕНТ 5. СИСТЕМНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ……………………………………………………………………………… 8

СЕГМЕНТ 6. УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ МАТЕРИИ……………………………………………………. 9

СЕГМЕНТ 7. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ…………………………………………………. 10

СЕГМЕНТ 8. ОНТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ……………………………………………………………………… 12

СЕГМЕНТ 9. ПОПУЛЯЦИОННО-ВИДОВОЙ УРОВЕНЬ………………………………………………………….. 14

СЕГМЕНТ 10. БИОГЕОЦЕНОТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ………………………………………………………………. 15

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ТЕМЕ 1…………………………………………………………………………………………………………. 16

ТЕМА 2. КОНЦЕПЦИЯ МАТЕРИАЛЬНОЙ СУЩНОСТИ ЖИЗНИ……………………………………………… 17

СЕГМЕНТ 11. МЕХАНИЦИЗМ И ВИТАЛИЗМ В ИСТОРИИ БИОЛОГИИ……………………………… 17

СЕГМЕНТ 12 ЖИВАЯ МАТЕРИЯ И ЕЕ ОСНОВНАЯ ФОРМА ДВИЖЕНИЯ. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ В ЖИВОЙ СИСТЕМЕ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 19

СЕГМЕНТ 13. ТРАНСФОРМАЦИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ……………………………………. 22

СЕГМЕНТ 14. БЕЛКИ – СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОСНОВА ЖИЗНИ……………… 26

СЕГМЕНТ 15. ОПОРА И ДВИЖЕНИЕ………………………………………………………………………………………… 27

СЕГМЕНТ 16. ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ…………………………………………………………………………………….. 28

СЕГМЕНТ 17. ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗ (БИОКАТАЛИЗ)………………………………………….. 29

СЕГМЕНТ 18. ЗАЩИТНЫЕ РЕАКЦИИ. ИММУНИТЕТ………………………………………………………….. 31

СЕГМЕНТ 19. СИГНАЛИЗАЦИЯ. ГОРМОНАЛЬНАЯ И НЕРВНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ………………. 33

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ТЕМЕ 2…………………………………………………………………………………………………………. 37

ТЕМА 3. КОНЦЕПЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ И САМОВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЖИЗНИ. ОНТОГЕНЕЗ 38

СЕГМЕНТ 20. САМОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ — ВАЖНЕЙШЕЕ СВОЙСТВО ЖИЗНИ. ОБЩАЯ СХЕМА ОНТОГЕНЕЗА 38

СЕГМЕНТ 21. ПРЕФОРМИЗМ И ЭПИГЕНЕЗ В ИСТОРИИ ЭМБРИОЛОГИИ……………………….. 39

СЕГМЕНТ 22. ГЕНОТИП И ФЕНОТИП ОРГАНИЗМА. ЦЕНТРАЛЬНАЯ ДОГМА МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ 41

СЕГМЕНТ 23. РЕПЛИКАЦИЯ ДНК И РАЗМНОЖЕНИЕ КЛЕТОК…………………………………………. 43

СЕГМЕНТ 24. ФОРМЫ РАЗМНОЖЕНИЯ ОРГАНИЗМОВ. КЛОНИРОВАНИЕ…………………….. 46

СЕГМЕНТ 25. РАЗВИТИЕ ОРГАНИЗМА…………………………………………………………………………………… 50

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ТЕМЕ 3…………………………………………………………………………………………………………. 55

ТЕМА 4. КОНЦЕПЦИЯ САМОРЕГУЛЯЦИИ ЖИВЫХ СИСТЕМ………………………………………………… 57

СЕГМЕНТ 26. САМОРЕГУЛЯЦИЯ И ГОМЕОСТАЗ…………………………………………………………………. 57

СЕГМЕНТ 27. ВНУТРИКЛЕТОЧНАЯ САМОРЕГУЛЯЦИЯ…………………………………………………….. 58

СЕГМЕНТ 28. САМОРЕГУЛЯЦИЯ МНОГОКЛЕТОЧНОГО ОРГАНИЗМА…………………………… 61

СЕГМЕНТ 29. САМОРЕГУЛЯЦИЯ В ЭКОСИСТЕМАХ…………………………………………………………… 65

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ТЕМЕ 4…………………………………………………………………………………………………………. 73

ТЕМА 5. КОНЦЕПЦИЯ САМООРГАНИЗАЦИИ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ. ФИЛОГЕНЕЗ 75

СЕГМЕНТ 30. ПРОБЛЕМА САМООРГАНИЗАЦИИ И НАУКА СИНЕРГЕТИКА…………………… 75

СЕГМЕНТ 31. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ…………………………………………………………. 77

СЕГМЕНТ 32. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ И СОВРЕМЕННОЕ БИОРАЗНООБРАЗИЕ 82

СЕГМЕНТ 33. ФАКТОРЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ…………………………………………………… 91

СЕГМЕНТ 34. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ЧЕЛОВЕКА……………………………………………. 97

ЗАКЛЮЧЕНИЕ К ТЕМЕ 5………………………………………………………………………………………………………….. 102

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………………………………………… 103

ВВЕДЕНИЕ

Сегмент 1. Предмет и задачи биологии

Сегмент 2. Значение общей биологии

Сегмент 3. Методы биологии

Сегмент 4. Основные концепции современной биологии

СЕГМЕНТ 1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ БИОЛОГИИ

Биология— совокупность наук о жизни, о живой природе (греч. bios — жизнь, logos — учение). Современная биология — очень разнообразная и развитая область естествознания. Различают ряд частных биологических наук по объектам исследования, такие как зоология (о животных), ботаника (о растениях), микробиология (о бактериях), вирусология (о вирусах), и другие, еще более мелкие подразделения (орнитология — о птицах, ихтиология — о рыбах, альгология — о водорослях и т.д.). Другое подразделение биологических наук — по уровням организации и свойствам живой материи: молекулярная биология и биохимия (химические основы жизни), генетика (наследственность), цитология (клеточный уровень), эмбриология, биология развития (индивидуальное развитие организмов), анатомия и физиология (строение и принципы функционирования организмов), экология (взаимоотношения организмов с окружающей средой), теория эволюции (историческое развитие живой природы).

Живой мир очень многообразен. Существует около 2 млн видов животных, около 500 тыс. видов растений, сотни тысяч грибов, тысячи видов и еще больше штаммов (разновидностей) бактерий. Многие виды еще не описаны. Структурная сложность, типы питания, жизненные циклы, исторический возраст этих групп организмов очень сильно различаются (сравните хотя бы организацию и образ жизни человека и его домашних спутников — таракана, комнатного растения, микробов и вирусов). Но все организмы должны иметь нечто общее, что отличало бы их от неживой природы. Это — обмен веществ и энергии, способность к размножению и развитию, изменчивость и адаптивная эволюция. Выявлением и характеристикой этих общих свойств живых организмов и их системных комплексов с неживой природой занимается так называемая общая биология. По сути перед общей биологией стоит задача познать сущность жизни, ответить на вопрос — что есть жизнь. Именно эта общая концептуальная часть биологии предлагается в современной модели гуманитарного образования. Для чего это нужно?

СЕГМЕНТ 3. МЕТОДЫ БИОЛОГИИ

Говоря о методах науки в широком смысле, имеют в виду не конкретные технологические приемы (методики), а методологические принципы, подходы к изучению объектов, явлений, их связей. В общем методы биологии те же, что и в других естественных науках.

Процесс научного познания принято разделять на две стадии: эмпирическую и теоретическую. Это разделение не абсолютно, так как эмпирическая стадия всегда развивается на основе предсуществующих теорий или гипотез, а на теоретической стадии обычно возникает необходимость в эмпирической проверке выдвигаемых новых гипотез.

На эмпирической стадии используются следующие методы.

Наблюдение — изучение объектов живой природы в естественных условиях существования. Это — непосредственное наблюдение (в буквальном смысле) за поведением, расселением, размножением животных и растений в природе, визуальное или инструментальное определение характеристик организмов, их органов, клеток, химический анализ состава и обмена веществ. Для этих целей в современной биологии применяют как традиционные средства полевых исследований — от бинокля до глубоководных аппаратов с видеокамерами ночного видения, так и сложное лабораторное оборудование — микроскопы, в том числе спектральные и электронные, биохимические анализаторы, радиоактивные метки, ультрацентрифуги, разнообразную измерительную аппаратуру.

Экспериментальный метод (опыт) предполагает исследования живых объектов в условиях экстремального действия факторов среды — измененной температуры, освещенности или влажности, повышенной нагрузки, токсичности или радиоактивности, измененного режима или места развития (удаление или пересадка генов, клеток, органов, интродукция животных и растений, космические полеты и т.п.). Экспериментальный метод позволяет выявить скрытые свойства, потенции, пределы адаптивных (приспособительных) возможностей живых систем, степень их гибкости, надежности, изменчивости.

Сравнительный (исторический) метод выявляет эволюционные преобразования биологических видов и их сообществ. Сопоставляют анатомическое строение, химический состав, структуру генов и другие признаки у организмов разного уровня сложности. При этом исследуются не только ныне живущие организмы, но и давно вымершие, сохранившиеся в виде окаменелых останков в палеонтологической летописи.

Любой из названных подходов требует количественного учета и математического описания структур и явлений. Биология все более становится точной наукой, хотя выявляемые в ней закономерности носят обычно вероятностный характер и описываются методами вариационной статистики. Это означает, что то или иное событие не строго детерминировано (предопределено), а ожидается с той или иной степенью вероятности. На основе выявляемых статистических закономерностей можно осуществлять математическое моделирование биологических процессов и прогноз их развития. Например, можно построить модель состояния жизни в водоеме через энное время при изменении одного, двух или более параметров (температуры, концентрации солей, наличия хищников и др.). Такие приемы стали возможны благодаря проникновению в биологию идей и принципов кибернетики — науки об управлении.

Системный метод , как и кибернетический подход, относится к категории новых междисциплинарных методов исследования. Живые объекты рассматриваются как системы, то есть совокупности элементов с определенными отношениями. С учетом иерархичности живых систем каждый объект может рассматриваться одновременно как система и как элемент системы более высокого порядка. Поэтому принципы системной организации справедливы для всех уровней — от макромолекул до биосферы Земли.

Широкое развитие системного движения в современной науке, в том числе и в биологии, означает постепенный переход от анализа к синтезу. Анализ— это дискретный подход, углубление в структуру и функции отдельных элементов системы — внутри клетки, внутри организма, внутри экологического сообщества. Синтез означает интегративный подход, изучение целостных характеристик системы — клетки, организма, биоценоза. Исследование всегда совершается сначала от общего к частному — анализ, а потом от частного к общему, но на новом уровне познания этого общего — синтез. С аналитическим подходом в биологии связаны открытия химической и микроструктурной организации живых объектов, выяснение видового разнообразия среди животных, растений, микроорганизмов, выявление генетической неоднородности организмов внутри популяций и другие внутренние характеристики систем. Постепенно объем накопленных аналитических данных становился достаточным для перехода к их синтезу. Так возникли синтетическая теория эволюции, нейро-гуморальная физиология, современная иммунология, молекулярно-клеточная биология, новая мегасистематика организмов, основанная на их комплексной характеристике — от экологии и анатомии до молекулярной генетики. Решается актуальная задача современного естествознания — создание целостной биологической картины мира.

Повышение интереса к синтезу в науке свидетельствует о переходе от эмпирической к теоретической стадии познания. От получения фактов, через их обобщение начинается выдвижение новых гипотез, далее обычно следует их повторная эмпирическая проверка (новые наблюдения, эксперименты, сравнения, моделирования). Эмпирическая проверка ведет либо к опровержению гипотезы, либо к ее подтверждению с той или иной степенью вероятности. Высоко достоверные гипотезы становятся законами, из них слагаются теории. Но и эти законы, теории носят относительный характер, так как рано или поздно могут быть пересмотрены.

Материал нашего пособия как раз и содержит такие общие теоретические, концептуальные положения современной биологии, хотя в определенной мере мы будем приводить и их эмпирические обоснования. Для начала сформулируем эти положение в общем виде, чтобы яснее были видны конечные цели и пути нашего экскурса в общую биологию.

Таблица 1 (к сегменту 6).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ТЕМЕ 1

Все объекты природы являются системами. Живые системы имеют разную степень сложности — от молекул до биосферы — и представляют в совокупности многоступенчатую иерархию уровней организации. Каждый уровень организации жизни имеет свои специфические свойства, закономерности структуры, функции, развития, приобретает новые качественные характеристики. Принципиальный качественный скачок наблюдается при переходе от макромолекулярных комплексов к клеткам — появляется качество жизни как свойство определенного уровня сложности материи. Наиболее устойчивыми живыми системами являются клетка, организм, биогеоценоз.

Что же это за новое качество — жизнь? В чем ее сущность, отличие от «нежизни»? Этот принципиальный общенаучный вопрос мы рассмотрим в следующей теме.

Рис. 5

Рассмотрим несколько подробнее реакции энергетического обмена. Независимо от исходного источника энергии все организмы — как аутотрофы, так и гетеротрофы — сначала переводят энергию в удобное для дальнейшего использования состояние. Это — так называемые макроэргические (богатые энергией) связи в молекулах аденозинтрифосфорной кислоты — АТФ(рис. 5). Образуются молекулы АТФ из аденозиндифосфорной (АДФ) или аденозинмонофосфорной (АМФ) кислоты и свободных молекул фосфорной кислоты, но при непременном поглощении внешней энергии — солнечной или химической (эндотермическая реакция). Количество энергии, запасенное в макроэргической связи, на порядок больше, чем в обычных связях, например, внутри молекулы глюкозы, поэтому в составе АТФ энергию удобно хранить и транспортировать в пределах клетки. В местах потребления этой энергии АТФ распадается на АДФ и фосфат (при крайней необходимости даже на АМФ и два фосфата), а освобожденная энергия расходуется на ту или иную работу — синтез глюкозы в хлоропластах растительных клеток, синтез белков и других макромолекул, транспорт веществ в клетку и из клетки, движение и др. (см. рис. 5 и 6). АДФ (АМФ) и фосфат могут снова соединиться, захватив очередную порцию внешней энергии, а потом разрушиться и отдать энергию в работу. Циклические преобразования АТФ многократно повторяются. Таким образом, АТФ выступает в качестве универсального переносчика энергии внутри клетки, своеобразной разменной монетой в энергетических платежах за внутриклеточные процессы.

Рис. 6

После того, как нам стала ясна роль АТФ и ее цикл, вся проблема клеточной энергетики сводится к пониманию первичных источников энергии и механизмов ее перевода в АТФ. В общем виде ситуация такова: у фотосинтетических аутотрофных организмов синтез АТФ из АДФ и фосфата генерируется солнечной энергией, у гетеротрофов — энергией от окисления пищевых продуктов (см. рис. 5). Таким образом, растениям для синтеза АТФ нужен свет, животным и человеку нужна органическая пища.

Свет является первичным источником энергии, он используется в реакциях фотосинтезау растений. По конечной сути реакция фотосинтеза довольно проста:

6СО₂ + 6H₂O + энергия света = С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ (рис. 6): с помощью энергии света из углекислого газа и воды синтезируется 6-углеродное органическое вещество — глюкоза (моносахарид), и в качестве «лишнего» продукта образуется кислород, который уходит в атмосферу. На самом деле реакция более сложная, она состоит из двух стадий: световой и темновой. Сначала на свету с помощью особого Mg-содержащего белка хлорофилла вода расщепляется на кислород и водород, а энергия водорода передается на синтез АТФ. Только потом, в темновой стадии, водород соединяется с углекислым газом и образуется глюкоза. При этом часть АТФ расщепляется, отдавая энергию глюкозе.

Глюкоза вместе с минеральными веществами, поступающими в растение из почвы (азот, сера, фосфор, железо, магний, кальций, калий, натрий и др.), становится основой для более сложных синтезов — образуются полисахариды, липиды, белки, нуклеиновые кислоты, из которых строятся рабочие структуры клеток. Но и эти синтезы, как и синтез глюкозы, требуют энергетических затрат. Прямое использование света здесь невозможно (эволюция не создала таких энергетических переходов), поэтому некоторая часть глюкозы тратится как энергетический субстрат, то есть глюкоза становится вторичным источником энергии. Глюкоза расщепляется и отдает энергию — сначала на синтез АТФ, а после расщепления АТФ — на биосинтезы макромолекул (рис. 6). Значительная часть АТФ, как уже сказано выше, расходуется на другую работу — транспорт веществ, движение клетки и др.

Наиболее эффективно глюкоза расщепляется с участием кислорода: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂O + энергия. По химической сути это — полное окисление (горение!) глюкозы. В живой клетке это «горение» происходит замедленно, поэтапно, так что энергия выделяется малыми порциями, и большая ее часть (около 55 %) используется на синтез АТФ, остальная рассеивается в виде тепла. Полное окисление одной молекулы глюкозы обеспечивает синтез 38 молекул АТФ. Поскольку кислород для окисления мы вдыхаем с атмосферным воздухом, то и на химическом уровне окисление глюкозы кислородом называют дыханием.

На рис. 6 все описанные процессы схематично показаны для аутотрофной растительной клетки. Ее главная черта — способность к фотосинтезу, который обеспечивает первый этап построения органического вещества, в форме глюкозы. Но и дыхание в полной мере присуще растениям, так как именно этот процесс извлекает энергию из глюкозы (а также из жиров и лишних белков), переводит ее временно в АТФ и далее в сложные макромолекулы. Эта же схема, но с изъятием реакции фотосинтеза, соответствует и гетеротрофному метаболизму животных клеток. В этом случае глюкоза (а также другие углеводы, жиры, трофические белки и др.) поступают в клетку извне в готовом виде. Часть этих материалов идет на дыхание (в топку, для извлечения энергии через синтез АТФ), а часть — после некоторой переделки — на синтез новых макромолекул как строительный материал . Таким образом, пища у гетеротрофов (то есть и у нас с вами) имеет двойное назначение — энергетическое и пластическое (строительное).

На рис. 6 следует обратить внимание на единство процессов энергетического и пластического (строительного) метаболизма клетки. Энергия поглощается из внешней среды, преобразуется в АТФ прежде всего для осуществления строительных процессов, для построения живой материи. Или обратно: построение живой материи, то есть синтез макромолекул из простых неорганических веществ, возможен только с поглощением внешней энергии. Точки пересечения стрелок энергетического и пластического обмена означают места сопряжения энергетического и пластического метаболизма. В живой клетке таких мест очень много. Сопряжение светового потока и синтеза глюкозы (реакция фотосинтеза) происходит в хлоропластах — специальных органоидах растительных клеток, сопряжение дыхания (окисления глюкозы) и синтеза АТФ — в митохондриях, сопряжение распада АТФ и синтеза клеточных белков — в рибосомах и т. д. (см. сегменты 7 и 8 — о строении клетки, а также рис. 3).

С точки зрения обсуждаемой проблемы — материальной сущности жизни — все рассмотренные процессы обмена веществ и энергии в клетке представляют простые физико-химические реакции. Мы не углублялись в механизмы преобразования энергии в хлоропластах и митохондриях, но если бы сделали это, то убедились бы в их изначально физической сущности. Основные события здесь связаны с распадом атомов водорода на элементарные заряженные частицы — протоны (Н+) и электроны (е-) и их индуцированным переносом по разные стороны мембраны внутри хлоропластов и митохондрий. В этих органоидах, как в электрических батарейках, создается разность электрических потенциалов порядка 0,2 вольта, которая при необходимости реализуется в электрический (протонный) ток, а этот ток, в свою очередь, вращает и активирует ферменты синтеза АТФ. Аналогичные физико-химические преобразования мы увидим и в других клеточных структурах.

Рис. 7

Главное, что следует вынести из описания мышечной функции, это понимание простой физико-химической сущности движения, которая сводится к изменению объемной формы молекулы белка миозина. Эта форма, или третичная структура, в свою очередь зависит от силы химических связей внутри молекулы. При энергетическом разряде от распада молекулы АТФ сила связей резко, но кратковременно изменяется — молекула «вздрагивает» (сгибается и тут же разгибается), совершая работу. Суть реакции миозина настолько проста, что воспроизводится in vitro («в стекле», в пробирке, то есть в искусственных условиях) на чистых белках, выделенных из клеток, или даже на мертвых клетках при добавлении АТФ. Добавим, что аналогичный механизм движения, но с другими белками, известен для ресничек и жгутиков, которыми снабжены многие одноклеточные организмы (например, инфузория), сперматозоиды, некоторые покровные (эпителиальные) ткани. Итак, движение — важное проявление жизни — имеет вполне материальную сущность.

Рис. 8

Хотя ферменты и понижают многократно энергию активации соответствующих реакций, для их осуществления все же требуется определенная энергия. Энергия может генерироваться окислительно-восстановительными кофакторами — такими, как НАД, ФАД или гем. Ферменты класса синтетаз (лигазы) способны расщеплять молекулу АТФ до АДФ и фосфата и используют выделенную энергию на свою конформационную перестройку (см. сегмент 13 и рис. 5). После произведенной работы по синтезу сложного вещества большая часть энергии не исчезает и не уходит в виде тепла — она лишь переходит в новые химические связи синтезируемого вещества. Впоследствии — в случае расщепления этого вещества — энергия может быть снова извлечена для производства другой работы.

Даже не вдаваясь в детали ферментативного катализа, видно, что эта важнейшая биологическая функция реализуется как сумма простых физико-химических реакций. Важнейшие из них — стереохимическое молекулярное узнавание субстрата ферментом и конформационная перестройка молекулы белка-фермента, суть которой, как и в реакциях мышечного сокращения или активного транспорта, состоит в обратимом изменении силы химических связей внутри молекулы. Изучение зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации фермента и субстрата показало, что в простейших случаях она описывается уравнением Михаэлиса-Ментен. Из этого следует, что в основе ферментативных реакций лежат те же законы и принципы, на которых основаны обычные химические реакции. Однако единая теория ферментативного катализа до сих пор не разработана, так как механизмы протекания ферментативных реакций очень сложны, многофакторны и разнообразны, зависят от большого числа переменных величин, от взаиморасположения ферментов на мембранах и в ряде случае пока не поддаются математическому описанию. В этом и проявляется эмерджентная специфика биологических реакций как специфика нового уровня сложности (см. сегмент 5).

Рис. 9

Нервная регуляция происходит с помощью особых нервных клеток (нейронов), имеющих длинные отростки и связанные в нервные цепи или сети разной сложности. Нервная регуляция имеется уже у гидр и медуз — наиболее простых многоклеточных животных, а наивысшего развития достигает у позвоночных, особенно у человека с его развитым головным и спинным мозгом, вегетативной системой ганглиев и локальными скоплениями нейронов во внутренних органах. Буквально каждый участок тела пронизан нервными отростками и их разветвленными окончаниями, что позволяет организму иметь информацию о состоянии условий среды во всех его точках и управлять этими состояниями — как правило с участием гормональной регуляции. На основе нервных связей формируются сложные программы внутренней регуляции органов, поведения и высшей нервной деятельности.

Наиболее сложным проявлением высшей нервной деятельности у человека выступает сознаниекак высший уровень психической активности. Важнейшей функцией сознания является мышление с его основными операциями абстрагирования, обобщения, опосредствования и др. Мышление направлено на осознание существа предметов и явлений, созидание новых идей, мысленное построение действий и предвидение их последствий. Мышление представляет высшую форму активного отражения объективной реальности.

Способна ли современная наука объяснить природу нервной деятельности, понять тонкие механизмы работы мозга? В нейробиологии остается много вопросов и белых пятен, поскольку речь идет о самой сложной форме проявления жизни, но элементарные процессы изучены достаточно хорошо. Как уже сказано выше, структурной единицей нервной ткани является нервная клетка — нейрон. Нейроны имеют многочисленные разветвленные связи, особенно сложные в коре головного мозга. Связи распространяются, с одной стороны, на чувствительные рецепторы (кожные, зрительные, слуховые, обонятельные, рецепторы внутренних органов), а с другой — на все регулируемые исполнительные органы (мышцы, пищеварительный тракт, железы и др.). Элементарным явлением в нервной регуляции выступаетрефлекс — ответная реакция органа (организма) на внешнее или внутреннее раздражение, осуществляемая через нервную систему (рис. 10). Представление о рефлексах было выдвинуто еще в 17 веке французским натуралистом и философом Р. Декартом, относившим их к автоматическим непроизвольным действиям. Российский физиолог И.М. Сеченов в 1863 г. утверждал, что «все акты сознательной и бессознательной жизни по способу происхождения суть рефлексы». В 20 веке эта концепция была развита И. П. Павловым в учении о безусловных и условных рефлексах. Многочисленные и разнообразные рефлексы слагаются в сложные поведенческие акты, инстинкты, на их основе и развивается вся высшая нервная деятельность. У низших животных преобладают наследственно закрепленные безусловные рефлексы. а у человека доминируют приобретенные условные рефлексы, закрепляемые в процессах обучения, воспитания, трудовой деятельности.

Рис. 10

Известны и биофизические принципы работы нейронов. По отросткам нейронов сигналы могут передаваться на большие расстояния за сотые доли секунды. Коснитесь рукой горячего предмета — тут же последует рефлекторный ответ. А, между прочим, сигнал успевает пробежать по чувствительным нервным волокнам от пальцев в спинальные ганглии и далее в спинной мозг, переключиться на другие нервные клетки и вернуться к мышцам, отдергивающим руку от горячего предмета (см. рис. 10). Установлено, что передача сигнала по нервному волокну осуществляется с помощью электрических токов и электромагнитных полей, генерируемых в поверхностной мембране нейрона.

Рассмотрим схему генерации и проведения нервного импульса (рис. 11).

Рис. 11

Изначально благодаря работе ионных насосов (см. сегмент 16, активный транспорт ионов) на мембране нервной клетки накапливается разность потенциалов (плюс снаружи, минус изнутри), достигающая 80 милливольт. Основным носителем внешнего положительного заряда являются ионы натрия. При раздражении участка мембраны раскрываются белковые поры, по которым ионы натрия устремляются в клетку (по закону простой диффузии). Поток заряженных частиц, в данном случае — поток ионов натрия по водно-белковому каналу, представляет электрический ток. Как хорошо известно, электрический ток порождает вокруг проводника электромагнитное поле; то же самое происходит в электромоторе на обмотках ротора. Возникшее электромагнитное поле тут же перебрасывается на соседние белковые поры, раскрывая их для ионов натрия. Порождается цепная реакция от одной поры к другой, которая распространяется вдоль всего нервного волокна. Завершается передача нервного импульса раздражением мембраны на кончике волокна и выбросом порции медиатора — вещества, возбуждающего следующую клетку. Если это будет мышечная клетка, последует сократительная реакция с участием микронитей и миозина (см. сегмент 15 и рис. 7). В соматической нервной системе сигналы проходят особенно быстро, так как большие отрезки волокон покрыты так называемой миэлиновой оболочкой, и электромагнитное поле «перескакивает» через эти участки, а не «ползет» по всем порам мембраны. Ситуация сравнима с той, когда лошадь под всадником или хищник, преследующий добычу, переходят с бега рысью в галоп.

Заметим, что электрической возбудимостью и проводимостью обладают и другие ткани, в частности мышечные пучки сердца. Это позволяет организовать его ритмичную, бесперебойную и в известной мере автономную работу. В случае остановки сердца, если в нем не произошли сильные структурные нарушения, восстановить работу можно разрядами электрического тока, что и делается в экстренной медицине.

Электрическая активность проводников мозга, сердца и других органов слагается в некоторое суммарное биополе каждого отдельного органа и всего организма. Это электромагнитное поле легко регистрируется и служит ценным диагностическим признаком при выявлении заболеваний сердца и мозга (электрокардиография, электроэнцефалография). Особо чувствительные люди — экстрасенсы — способны улавливать своими рецепторами колебания чужого биополя и даже ставить некоторые диагнозы.

Из рассмотрения механизмов биологической сигнализации видно, что в их основе лежат элементарные физико-химические процессы. Белково-углеводные рецепторы клеточных мембран стереохимически распознают различные сигнальные молекулы — аттрактанты и репелленты, гормоны и медиаторы. Восприятие света, а значит и зрительных образов, основано на электромагнитном возбуждении белковых рецепторов в мембранах светочувствительных клеток — колбочек и палочек — в сетчатке глаза. Во всех случаях реагирующие молекулы претерпевают обратимую конформационную денатурацию. В передачу сигналов часто вовлекаются ферментативные реакции, где рабочим моментом также является конформационная перестройка. Практически все сигнальные и регуляторные процессы происходят с затратой энергии. Солнечная энергия в клетках растений генерирует синтез глюкозы, окисление глюкозы у животных дает энергию для синтеза молекул АТФ. Из макроэргических связей АТФ энергия переходит в работу — превращается в другие химические связи, в электрическую, световую, механическую энергию и рассеивается в космос в виде остаточного тепла. Как и другие виды жизнедеятельности, сигнализация, гормональная и нервная деятельность представляют варианты существования и преобразования материи — вещества и поля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ТЕМЕ 2

Жизнь материальна, ее физико-химическую основу составляет обмен веществ и энергии. Материя, в том числе живая — это объективная реальность, она существует вне сознания, вне духа, независимо от какой-либо «жизненной силы». Материя первична, тогда как сознание вторично, производно от материи, то есть представляет свойство живой материи, одну из форм ее движения. Движение — всеобщее свойство материи. Это даже больше, чем свойство — это ее способ существования. В этом смысле невозможно разделить саму живую материю и ее функциональные проявления, в том числе невозможно разделить живой мозг и его продукт — сознание. Жизнь — это особенная форма движения особенно сложно устроенной материи, качественно (эмерджентно) отличная от форм движения неорганической материи. Это новое качество — жизнь — порождается как сумма свойств составляющих элементов. Количество переходит в качество, целое оказывается больше суммы его частей. Аналогично — формы организации и движения социальных систем отличны от форм организации и движения отдельных живых индивидуумов. Современная биология имеет достаточно фактических оснований для материалистического объяснения сущности жизни.

Рис. 12

Важно то обстоятельство, что как отдельные клетки, так и целые организмы воспроизводят в поколениях прежний план организации и «образ жизни». Долгоживущие нервные клетки восстанавливают одни и те же органоиды, эритроциты во всех поколениях остаются эритроцитами, лейкоциты — лейкоцитами, а дети в целом похожи на родителей. В чем причина этого сходства? Где и в каком виде содержится и как реализуется информация о строении и свойствах организма? Успехи современной генетики, цитологии, эмбриологии дают на эти вопросы достаточно ясные ответы. Для контроля развития используется два источника информации: внутренний — генетический и внешний — эпигенетический. Однако прежде, чем углубиться в эти понятия, посмотрим на проблему исторически и увидим, что путь к пониманию «золотой середины» лежал, как это обычно бывает, через непримиримый антагонизм альтернативных суждений.

Рис. 13

Таким образом ДНК (ген) выполняет роль матрицы (шаблона, образца) для синтеза белка. Информационная РНК служит промежуточной матрицей, то есть рабочей копией гена. В целом в молекулярной биологии выполняется принцип:один ген — один белок.

Почему именно ДНК выбрана Природой для кодирования структуры белков, не известно. В 20-х годах Российский биолог Н.Кольцов высказал идею о самовоспроизведении белков по матричному принципу. В отношении матричного принципа догадка была гениальной, но роль матрицы, как выяснилось позднее, выполняют не сами белки, а молекулы ДНК — полимера совершенно не похожего на полипептидные цепи белков. Согласно одной из новых гипотез (Костецкий, 1999) уже в момент зарождения жизни на Земле на основе перестройки кристаллов природного минерала апатита сразу возник комплекс ДНК и простого белка. Кристаллы апатита изначально имели многочисленные искажения кристаллической решетки («мутации»), что и послужило первичным источником разнообразия генов и, соответственно, белков. В последствии искажения нарастали, возрастало разнообразие структур и функциональных свойств белков. Таким образом, ДНК-белковое соответствие является изначальным свойством жизни.

Рис. 14



Сегментация (биология) Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Метамерия.
Земляной червь — классический пример метамерии

Метамери́я (от мета- и греч. μέρος — часть, доля, также сегментация, членистость) — разделение тела организмов на повторяющиеся вдоль продольной оси схожие между собой сегменты, так называемые метамеры.

Различают истинную метамерию, охватывающую и внутренние органы, и наружную, или псевдометамерию.

Истинная метамерия у дождевого червя: покровы (4), кровеносные сосуды (5), ганглии (11) повторяются в каждом сегменте

Истинная метамерия может быть полной, когда она охватывает весь организм, такая метамерия присуща кольчатым червям и членистоногим.

В паразитических ленточных червях метамерия проявляется в виде стробиляции — их тела образованы набором одинаковых сегментов (проглоттид), которые почкуются со стороны шейки и образуют цепочку (стробилу).

Для неполных метамерий, охватывающих лишь некоторые части организма, принято выделять дерматомеры (кожные), миомеры (мышечные), склеромеры (скелетные), нейромеры (нервные).

В случае когда метамеры тела сходны по строению и функциям, говорят о гомономной метамерии; в случае дифференциации метамеров и их внешней несхожести метамерию называют гетерономной.

Проявления метамерии у хордовых отчётливо выражены во время зародышевого развития, а на последующих этапах заметны в строении скелета, мускулатуры, нервной и кровеносной систем. Так, у человека метамерические черты заметны в скелете (позвоночник), в устройстве спинномозговых нервов, в чередовании рёбер, межрёберных мышц и нервов.

У высших растений примерами метамеров являются узлы и междоузлия в стебле^[1].

Примечания

Литература

Сегмент — это… Что такое Сегмент?

СЕГМЕНТ — это… Что такое СЕГМЕНТ?

Сегментация (биология) — Segmentation (biology)

Разделение некоторых животных и растений тела планирует в ряд сегментов

Сегментация в биологии является деление некоторых животных и растений планов тела в серию повторяющихся сегментов. Эта статья посвящена сегментации животных планов тела, в частности , с использованием примеров таксонов членистоногих , Chordata и Annelida . Эти три группы образуют сегменты с помощью «зоны роста» , чтобы направлять и определять сегменты. В то время как все три имеют в целом сегментирован план тела и использовать зону роста, они используют различные механизмы для создания этого паттерна. Даже в пределах этих групп, разные организмы имеют разные механизмы для сегментирования тела. Сегментация плана тела имеет важное значение для обеспечения возможности свободного передвижения и развития отдельных частей тела. Она также позволяет регенерации в конкретных лицах.

Определение

Сегментация является сложным процессом, чтобы удовлетворительно определить. Многие таксонов (например, моллюски) имеют некоторую форму последовательного повторения в своих подразделениях, но не условно рассматривать как сегментированные. Сегментные животные являются те, считается, что органы, которые были повторены, или иметь тело, состоящее из самоподобных единиц, но обычно это те части организма, которые называют сегментируются.

животные

Сегментация у животных , как правило , падает на три типа, характерные для различных членистоногих , позвоночных , и кольчатых . Членистоногие , такие как дрозофилы сегментов образуют из поля эквивалентных элементов на основе фактора транскрипции градиентов. Позвоночные , как данио использует осциллирующую экспрессию гена , чтобы определить сегменты , известные как сомиты . Кольчатые , такие как пиявки использовать меньшие бластные клетки расцветших от от крупного teloblast клеток для определения сегментов.

артроподы

Хотя Drosophila сегментирование не является представителем членистоногих фила в целом, является наиболее хорошо изученной. Ранние экраны для выявления генов , вовлеченных в развитии кутикулы привели к открытию класса генов , который был необходим для правильной сегментации дрозофилы эмбриона.

Чтобы правильно сегментировать дрозофилы эмбрионов, то передняя — задняя ось определяется матерински поставляемых транскриптов, приводящих к градиентам этих белков. Этот градиент затем определяет характер экспрессии генов , щелевых , которые устанавливают до границы между различными сегментами. Градиенты , полученные из генной экспрессии разрыва затем определяют характер экспрессии для генов пары-правил . Гены пары-правила в основном факторы транскрипции , выраженные в обычных полосах вниз по длине эмбриона. Эти факторы транскрипции , затем регулируют экспрессию генов полярности сегментов , которые определяют полярность каждого сегмента. Границы и идентичность каждого сегмента позже определены.

В членистоногих, стенках тела, нервная система, почки, мышцы и полость тела на сегменты, так же как и придатки (когда они присутствуют). Некоторые из этих элементов (например , мускулатура) не сегментировать их сестры таксона, в онихофорах .

Кольчатые: Leech

Хотя не так хорошо изучены как в дрозофилы и данио , сегментация в пиявка была описана как «многообещающий» сегментации. Ранние Разногласия в результате пиявка эмбриона в teloblast клеток, которые являются стволовыми клетками , которые делятся асимметрично , чтобы создать bandlets бластных клеток. Кроме того, существует пять различных линий teloblast (N, M, O, P, Q) , и, с одним набором для каждой стороны от средней линии. Эти клоны N и Q способствуют два бластных клеток для каждого сегмента, в то время как М, О, и P родословных только способствуют одну клетку на сегмент. И, наконец, число сегментов в пределах эмбриона определяется числом делений и бластных клеток. Сегментация видимому, регулируется геном Hedgehog , предполагая , его общее эволюционное происхождение в предка членистоногих и кольчатых.

В кольчатых, как и с членистоногими, стенки тела, нервной системы, почек, мышц и полости тела, как правило, на сегменты. Однако, это не верно для всех черт все время: многие из них не сегментации в стенке тела, целоме и мускулатуре.

Хордовые: рыбок данио

Хотя , возможно , не так хорошо изучены , как дрозофилы , сегментация в данио активно изучается. Процесс похож на данио и других хордовых , таких как цыпленок и мыши . Сегментация хордовых характеризуется как образование пары сомитов по обе стороны от средней линии. Это часто называют сомитогенеза .

В данио, сегментация координируется модели часов и волнового фронта . «Часы» относится к периодическому колебанию специфических генов, таких как HER1, волосистой / энхансер гена Сплит. Выражение начинается на заднем конце эмбриона и движется по направлению к передней . Волновой фронт , где сомиты зрелые, определяются градиентами ретиноевой кислоты и FGF . Ретиноевая кислота является высоко в передней и FGF , является высоким в заднем; фронт волны является точка , в которой обе концентрации на самом низком уровне . Клетки в этой точке будут зрелыми и образуют пару сомитов. Разработка этого процесса с другими сигнальными химическими веществами позволяет структуры , такие как мышцы , чтобы охватить основные сегменты.

Другие таксоны

В других таксонах, есть некоторые признаки сегментации в некоторых органах, но эта сегментация не распространяющаяся на полный список органов , указанные выше для членистоногих и кольчатых. Можно подумать , что из последовательно повторяющихся единиц многих Cycloneuralia или сегментированная арматура тела из хитоны (который не сопровождается сегментированным целоме).

происхождения

Сегментация может рассматриваться как происходящий в двух направлениях. Для карикатуры, то «усиление» путь будет включать родовое организм односегментного становится сегментировано, повторяя себя. Это кажется неправдоподобным, и рамки «parcellization» обычно предпочтительно — где существующая организация систем органов является «формализованная» из неплотно определенных пакетов в более жесткие сегменты. Как таковые, организмы с неплотно определенной метамерией, будь то внутренний (как некоторые моллюски) или внешним (как онихофоры), можно рассматривать как «предшественник» до eusegmented организмов, таких как кольчатые или членистоногие.

Смотрите также

Рекомендации

Сегментация (биология) • ru.knowledgr.com

Сегментация в биологии относится к подразделению некоторых чертежей корпуса животного и растения в серию повторных сегментов. Эта статья сосредотачивается на сегментации чертежей корпуса животных, определенно используя примеры Членистоногих филюмов, Chordata и Annelida. Эти три филюма формируют сегменты при помощи “зоны роста”, чтобы направить и определить сегменты. В то время как все три имеют обычно сегментируемый чертеж корпуса и используют “зону роста”, они используют различные механизмы для создания этого копирования. Даже в пределах этих филюмов, у различных организмов есть различные механизмы для сегментации тела. Сегментация чертежа корпуса важна для разрешения различных областей тела развиться дифференцированно для различного использования.

Определение

Сегментация — трудный процесс, чтобы удовлетворительно определить. Много таксонов (например, моллюски) имеют некоторую форму последовательного повторения в их отделениях, но традиционно не думаются, как сегментировано. Сегментированные животные — те, которые, как рассматривают, имели органы, которые были повторены, или составить тело самоподобных единиц, но обычно это — части организма, которые упоминаются как сегментируемый.

Животные

Сегментация у животных, как правило, попадает в три особенности типов различных членистоногих, позвоночных животных и кольчатых червей. Членистоногая дрозофила формирует сегменты из области эквивалентных клеток, основанных на градиентах транскрипционного фактора. Позвоночное использование данио-рерио колеблющаяся экспрессия гена, чтобы определить сегменты, известные как сегменты. Пиявка кольчатого червя использует меньшие бластные клетки, отпочкованные от больших teloblast клеток, чтобы определить сегменты.

Членистоногие: дрозофила

Хотя сегментация Дрозофилы не представительная для членистоногого филюма в целом, это наиболее высоко изучено. Дрозофила как образцовый организм идеальна для генетических экранов. Ранние экраны, чтобы определить гены, вовлеченные в развитие кутикулы, привели к открытию класса генов, который был необходим для надлежащей сегментации эмбриона дрозофилы.

Чтобы должным образом сегментировать эмбрион дрозофилы, предшествующая следующая ось определена по-матерински поставляемыми расшифровками стенограммы, дающими начало градиентам этих белков. Этот градиент тогда определяет характер экспрессии для генов промежутка, которые настраивают границы между различными сегментами. Градиенты, произведенные из экспрессии гена промежутка тогда, определяют характер экспрессии для генов правила пары. Гены правила пары — главным образом транскрипционные факторы, выраженные в регулярных полосах вниз длина эмбриона. Эти транскрипционные факторы тогда регулируют выражение генов полярности сегмента, которые определяют полярность каждого сегмента. Границы и тождества каждого сегмента позже определены.

В пределах членистоногих сегментированы стенка тела, нервная система, почки, мышцы и полость тела, как придатки (когда они присутствуют). Некоторые из этих элементов (например, мускулатура) не сегментированы в их родственном таксоне, onychophora.

Кольчатые черви: пиявка

В то время как не также изученный как у дрозофилы и данио-рерио, сегментация в пиявке была описана как «подающая надежды» сегментация. Ранние подразделения в пределах эмбриона пиявки приводят к teloblast клеткам, которые являются стволовыми клетками, которые делятся асимметрично, чтобы создать ободки бластных клеток. Кроме того, есть пять различных teloblast происхождений (N, M, O, P, и Q), с одним набором для каждой стороны средней линии. N и происхождения Q вносят две бластных клетки для каждого сегмента, в то время как M, O, и происхождения P только вносят одну клетку за сегмент. Наконец, число сегментов в пределах эмбриона определено числом подразделений и бластных клеток. Сегментация, кажется, отрегулирована генным Ежом, предлагая его общее эволюционное происхождение в предке членистоногих и кольчатых червей.

В пределах кольчатых червей, как с членистоногими, обычно сегментируются стенка тела, нервная система, почки, мышцы и полость тела. Однако это не верно для всех черт все время: многие испытывают недостаток в сегментации в стенке тела, coelom и мускулатуре.

Хордовые животные: данио-рерио

Хотя, возможно, не также изученный как Дрозофила, сегментация у данио-рерио активно изучена. Процесс подобен у данио-рерио и других хордовых животных, таков как цыпленок и мышь. Сегментация в хордовых животных характеризуется как формирование пары сегментов по обе стороны от средней линии. Это часто упоминается как somitogenesis.

У данио-рерио сегментация скоординирована моделью фронта импульса и часами. «Часы» относятся к периодическому колебанию определенных генов, таких как Her1, волосатое / Усилитель разделения — ген. Выражение начинается в следующем конце эмбриона и двигает предшествующее. «Фронт импульса» относится к местоположению, где сегменты назревают, который определен градиентами ретиноевой кислоты и FGF. Ретиноевая кислота высока в предшествующем, и FGF высок в следующем; «фронт импульса» — пункт, в котором обе концентрации в их самом низком. Клетки в этом пункте назреют и сформируют пару сегментов.

Другие таксоны

В других таксонах есть некоторые доказательства сегментации в некоторых органах, но эта сегментация не распространяющаяся к полному списку органов, упомянутых выше для членистоногих и кольчатых червей. Можно было бы думать о последовательно повторных единицах во многих Cycloneuralia или сегментированной арматуре тела хитонов (который не сопровождается сегментированным coelom).

Происхождение

Сегментация может быть замечена как происходящий двумя способами. К карикатуре путь ‘увеличения’ включил бы единственный сегмент наследственный организм, становящийся сегментированным, повторив себя. Это кажется неправдоподобным, и ‘parcellization’ структура обычно предпочитается — где существующая организация систем органа ‘формализована’ от свободно определенных пакетов в более твердые сегменты. Также, организмы со свободно определенным metamerism, ли внутренний (как некоторые моллюски) или внешний (как onychophora), могут быть замечены как ‘предшественники’ eusegmented организмов, таких как кольчатые черви или членистоногие.

См. также

• Глоточная арка

Сегментация | зоология | Britannica

Сегментация , также называемая метамеризмом , или метамерная сегментация , в зоологии — состояние, состоящее из линейной серии повторяющихся частей, каждая из которых представляет собой метамеру (сегмент тела или сомит) и каждая из которых формируется последовательно в зародыше, от переднего к заднему. Все члены трех крупных типов животных являются метамерными: Annelida, Arthropoda и Chordata. Первые два демонстрируют заметную сегментацию у взрослого.Среди хордовых повторяющийся метамерный паттерн очевиден в мышцах, позвонках и ребрах взрослого человека (, например, рыб), но даже когда менее очевидно (, например, млекопитающих), развитие каждого человека основано на формирование сегментов, эмбриологических сомитов ( кв ). Сегменты ленточного червя (проглоттиды) сформированы настолько отличным от сегментов трех других групп, что большинство зоологов не допускают, чтобы ленточные черви были метамерно сегментированными животными.Поскольку метамеризм Annelida, Arthropoda и Chordata, вероятно, возник независимо, метамеризм сам по себе не подразумевает отношения между группами; однако, конкретный метамеризм в каждой группе ясно демонстрирует производные отношения ее членов.

Британика Викторина

Тело человека

Где образуются эритроциты?

Среди акантоцефаланов, коловраток и некоторых других «ашельминтных» групп в кольцевых тканях встречаются внешние кольцеобразные образования, называемые кольцевидными образованиями, иногда такие отмеченные, что предполагают сегментацию; однако эти образования оказываются поверхностными и не указывают на истинную сегментацию.

Что такое биология? | Живая наука

Биология — это наука о жизни. Его название происходит от греческих слов «bios» (жизнь) и «logos» (исследование). Биологи изучают структуру, функции, рост, происхождение, эволюцию и распространение живых организмов. Обычно считается, что существует как минимум девять «зонтичных» областей биологии, каждая из которых состоит из нескольких подполей.

• Биохимия: изучение веществ, из которых состоят живые организмы
• Ботаника: изучение растений, включая сельское хозяйство
• Клеточная биология: изучение основных клеточных единиц живых существ
• Экология: изучение того, как
• Генетика: изучение наследственности
• Молекулярная биология: изучение биологических молекул
• Физиология: изучение физиологии: изучение организмов функции организмов и их частей
• Зоология: изучение животных, включая поведение животных

В дополнение к сложности этой огромной идеи является тот факт, что эти поля пересекаются.Невозможно изучать зоологию, не зная об эволюции, физиологии и экологии. Вы не можете изучать клеточную биологию, не зная биохимию и молекулярную биологию.

Структура понимания

Все отрасли биологии могут быть объединены в рамках пяти основных понятий о живых существах. Изучение деталей этих пяти идей обеспечивает бесконечное увлечение биологическими исследованиями:

• Теория клеток : в теории клеток есть три части: клетка является основной единицей жизни, все живые существа состоят из клеток, и все клетки возникают из ранее существующих клеток.
• Энергия : Все живые существа требуют энергии, и потоки энергии между организмами и между организмами и окружающей средой.
• Наследственность : Все живые существа имеют ДНК и генетическую информацию, кодирующую структуру и функции всех клеток.
• Равновесие : Все живые существа должны поддерживать гомеостаз, состояние сбалансированного равновесия между организмом и окружающей средой.
• Evolution : Это общая объединяющая концепция биологии.Эволюция — это изменение во времени, которое является двигателем биологического разнообразия.

Биология и другие науки

Биология часто изучается в сочетании с другими науками, такими как математика и инженерия, и даже общественными науками. Вот несколько примеров:

• Биофизика предполагает сопоставление закономерностей в жизни и анализ их с физикой и математикой, согласно Биофизическому обществу.
• Астробиология — это исследование эволюции жизни во вселенной, включая поиск внеземной жизни, согласно НАСА.
• Биогеография — это исследование распределения и эволюции форм жизни и причин распространения, согласно данным Дартмутского колледжа.
• Биоматематика включает в себя создание математических моделей для лучшего понимания закономерностей и явлений в мире биологии, согласно Университету штата Северная Каролина.
• Биоинженерия — это применение инженерных принципов к биологическим принципам и наоборот, согласно Калифорнийскому университету в Беркли.
• Социологи часто изучают, как биология может формировать социальные структуры, культуры и взаимодействия, согласно Американской социологической ассоциации.

История биологии

Наше увлечение биологией имеет давнюю историю. Даже ранним людям приходилось изучать животных, на которых они охотились, и знать, где найти растения, которые они собирали для еды. Изобретение сельского хозяйства было первым великим прогрессом человеческой цивилизации. Медицина была важна для нас с ранней истории. Самые ранние известные медицинские тексты из Китая (2500 г. до н.э.), Месопотамии (2112 г. до н.э.) и Египта (1800 г. до н.э.).

В классические времена Аристотель часто считается первым, кто практикует научную зоологию.Известно, что он провел обширные исследования морской жизни и растений. Его ученик, Теофраст, написал один из самых ранних известных ботанических текстов Запада в 300 г. до н.э. на структуру, жизненный цикл и использование растений. Римский врач Гален использовал свой опыт исправления гладиаторов на арене для написания текстов о хирургических процедурах в 158 году нашей эры.

Во время Ренессанса Леонардо да Винчи рискнул оскорбить, приняв участие в вскрытии человека и создании подробных анатомических рисунков, которые до сих пор считаются одними из самый красивый из когда-либо сделанных.Изобретение печатного станка и возможность воспроизводить ксилографические иллюстрации означало, что информацию было намного легче записывать и распространять. Одна из первых иллюстрированных книг по биологии — это ботанический текст, написанный немецким ботаником Леонардом Фуксом в 1542 году. Биноминальная классификация была открыта Каролусом Линнеем в 1735 году с использованием латинских названий для группировки видов в соответствии с их характеристиками.

Микроскопы открыли новые миры для ученых. В 1665 году Роберт Гук использовал простой составной микроскоп, чтобы исследовать тонкую полоску пробки.Он заметил, что растительная ткань состоит из прямоугольных блоков, которые напоминают ему о крошечных комнатах, используемых монахами. Он назвал эти единицы «клетками». В 1676 году Антон фон Левенгук опубликовал первые рисунки живых одноклеточных организмов. Теодор Шванн добавил, что в 1839 году животные ткани также состоят из клеток.

В викторианскую эпоху и в течение всего 19-го века «естествознание» стало чем-то вроде мании. Тысячи новых видов были обнаружены и описаны бесстрашными искателями приключений, а также ботаниками и энтомологами на заднем дворе.В 1812 году Жорж Кювье описал окаменелости и предположил, что Земля подверглась «последовательным приступам Творения и разрушения» в течение длительных периодов времени. 24 ноября 1859 года Чарльз Дарвин опубликовал «О происхождении видов», текст, который навсегда изменил мир, показав, что все живые существа взаимосвязаны и что виды не были созданы отдельно, а возникли из исконных форм, которые изменены и сформированы путем адаптации к их среде.

В то время как большая часть внимания мира была захвачена вопросами биологии на уровне макроскопического организма, тихий монах исследовал, как живые существа передают черты от одного поколения к другому.Грегор Мендель в настоящее время известен как отец генетики, хотя документы о наследовании, опубликованные в 1866 году, в то время оставались в значительной степени незамеченными. Его работа была заново открыта в 1900 году, и вскоре последовало дальнейшее понимание наследования.

ХХ и ХХI века могут быть известны будущим поколениям как начало «биологической революции». Начиная с Уотсона и Крика, объясняющих структуру и функцию ДНК в 1953 году, все области биологии расширились в геометрической прогрессии и затрагивают все аспекты нашей жизни.Медицина будет изменена путем разработки методов лечения, адаптированных к генетической схеме пациента, или путем сочетания биологии и технологий с протезированием, контролируемым мозгом. Экономика зависит от правильного управления экологическими ресурсами, баланса потребностей человека с сохранением. Мы можем найти способы спасти наши океаны, используя их для производства достаточного количества пищи, чтобы накормить народы. Мы можем «выращивать» батареи из бактерий или легких зданий с помощью биолюминесцентных грибов. Возможности безграничны; биология только вступает в свои права.

Дополнительная отчетность Рэйчел Росс, Live Science Contributor

,

биология | Определение, история, понятия, ветви и факты

Биология , изучение живых существ и их жизненных процессов. Область имеет дело со всеми физико-химическими аспектами жизни. Современная тенденция к междисциплинарным исследованиям и объединению научных знаний и исследований в различных областях привела к значительному совпадению области биологии с другими научными дисциплинами. Современные принципы других областей — например, химии, медицины и физики — интегрированы с принципами биологии в таких областях, как биохимия, биомедицина и биофизика.

биология; Микроскоп Исследователь, использующий микроскоп для исследования образца в лаборатории. © Раду Разван / Фотолия

Основные вопросы

Что такое биология?

Биология — это отрасль науки, которая занимается живыми организмами и их жизненными процессами. Биология охватывает различные области, включая ботанику, сохранение, экологию, эволюцию, генетику, морскую биологию, медицину, микробиологию, молекулярную биологию, физиологию и зоологию.

Почему биология важна?

Где работают выпускники биологии?

Выпускники биологии могут занимать самые разные должности, некоторые из которых могут потребовать дополнительного образования.Человек со степенью в области биологии может работать в сельском хозяйстве, здравоохранении, биотехнологии, образовании, охране окружающей среды, исследованиях, криминалистике, политике, научной коммуникации и во многих других областях.

Биология подразделяется на отдельные ветви для удобства изучения, хотя все подразделения взаимосвязаны по основным принципам. Таким образом, хотя принято отделять изучение растений (ботаники) от изучения животных (зоология) и изучение структуры организмов (морфология) от изучения функции (физиология), все живые существа имеют общие определенные биологические свойства. явления, например, различные способы размножения, деления клеток и передачи генетического материала.

К биологии часто обращаются на основе уровней, которые имеют дело с фундаментальными единицами жизни. Например, на уровне молекулярной биологии жизнь рассматривается как проявление химических и энергетических преобразований, которые происходят среди многих химических компонентов, составляющих организм. В результате разработки все более мощных и точных лабораторных приборов и методик становится возможным понять и определить с высокой точностью и точностью не только конечную физико-химическую организацию (ультраструктуру) молекул в живом веществе, но и способ воспроизводства живого вещества. на молекулярном уровне.Особенно важным для этих достижений был рост геномики в конце 20-го и начале 21-го веков.

Клеточная биология — это изучение клеток — фундаментальных единиц структуры и функции живых организмов. Клетки были впервые обнаружены в 17 веке, когда был изобретен составной микроскоп. До этого времени отдельный организм изучался в целом в области, известной как биология организма; эта область исследований остается важной составляющей биологических наук. Популяционная биология имеет дело с группами или популяциями организмов, которые населяют данную область или регион.На этом уровне включены исследования ролей, которые играют определенные виды растений и животных в сложных и самосохраняющихся взаимосвязях, существующих между живым и неживым миром, а также исследования встроенных элементов управления, которые поддерживают эти отношения естественным образом. , Эти широкие уровни — молекулы, клетки, целые организмы и популяции — могут быть далее подразделены для изучения, что приводит к специализациям, таким как морфология, таксономия, биофизика, биохимия, генетика, эпигенетика и экология.Область биологии может быть особенно связана с исследованием одного вида живых существ — например, изучение птиц в орнитологии, изучение рыб в ихтиологии или изучение микроорганизмов в микробиологии.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской.
Подпишитесь сегодня

Основные понятия биологии

Биологические принципы

Концепция гомеостаза — то, что живые существа поддерживают постоянную внутреннюю среду — впервые была предложена в 19 веке французским физиологом Клодом Бернаром, который заявил, что «все жизненные механизмы, какими бы разными они ни были, имеют только одну цель: сохранить постоянные условия жизни.

Первоначально Бернард задумал, что гомеостаз относится к борьбе единого организма за выживание. Позднее эта концепция была расширена, чтобы включить любую биологическую систему от клетки до всей биосферы, все области Земли, населенные живыми существами.

Unity

Все живые организмы, независимо от их уникальности, имеют общие биологические, химические и физические характеристики. Все, например, состоят из основных единиц, известных как клетки, и из одних и тех же химических веществ, которые при анализе демонстрируют заметное сходство даже в таких разрозненных организмах, как бактерии и люди.Кроме того, поскольку действие любого организма определяется тем, как взаимодействуют его клетки и поскольку все клетки взаимодействуют практически одинаково, основное функционирование всех организмов также схоже.

клетки Животные клетки и клетки растений содержат мембраносвязанные органеллы, включая отличное ядро. Напротив, бактериальные клетки не содержат органелл. Encyclopædia Britannica, Inc.

Существует не только единство основной живой субстанции и функционирования, но и единство происхождения всех живых существ.Согласно теории, предложенной в 1855 году немецким патологом Рудольфом Вирховом, «все живые клетки происходят из уже существующих живых клеток». Эта теория представляется верной для всех живых существ в настоящее время в существующих условиях окружающей среды. Однако если бы жизнь зародилась на Земле более одного раза в прошлом, то тот факт, что все организмы имеют одинаковое базовое строение, состав и функцию, может показывать, что преуспел только один первоначальный тип.

Общее происхождение жизни объясняет, почему у людей или бактерий — и во всех промежуточных формах жизни — одно и то же химическое вещество, дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), в форме генов объясняет способность всего живого вещества к самовоспроизводству. точно и передавать генетическую информацию от родителя к потомству.Кроме того, механизмы этой передачи следуют схеме, которая одинакова для всех организмов.

Всякий раз, когда происходит изменение в гене (мутация), происходит какое-то изменение в организме, который содержит ген. Именно это универсальное явление приводит к различиям (вариациям) в популяциях организмов, из которых природа выбирает для выживания те, которые лучше всего способны справляться с изменяющимися условиями окружающей среды.

,

Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Биология — это наука, которая изучает жизнь, живые существа и эволюцию жизни. Живые существа включают животных, растения, грибы (такие как грибы) и микроорганизмы, такие как бактерии и археи.

Термин «биология» является относительно современным. Он был введен в 1799 году врачом Томасом Беддоусом. ^[1]

Люди, которые изучают биологию, называются биологами.Биология смотрит на то, как животные и другие живые существа ведут себя и работают, и на что они похожи. Биология также изучает, как организмы реагируют друг с другом и с окружающей средой. Он существует как наука около 200 лет, и ему предшествует естествознание. Биология имеет много областей исследований и отраслей. Как и все науки, биология использует научный метод. Это означает, что биологи должны быть в состоянии показать доказательства своих идей, и что другие биологи должны быть в состоянии проверить идеи для себя.

Биология пытается ответить на такие вопросы, как:

Современная биология находится под влиянием эволюции, которая отвечает на вопрос: «Как живой мир стал таким, какой он есть?»

Слово , биология происходит от греческого слова β 9009 ( bios ), «жизнь», и суффикс -λογία ( logia ), «изучение». ^{[2] [3]}

Wikimedia Commons имеет СМИ, связанные с Биология .

,