новая папка 1 / 343407

УДК 631.52 (07)

ББК 41.31 Р

З-17

Зайцева, Л. М.

З-17 Биология с основами экологии : методические указания для практических занятий / Л. М. Зайцева. – Кинель : РИЦ СГСХА, 2014. – 23 с.

Методические указания предназначены для аспирантов, обучающихся по направлению подготовки 06.06.01 Биологические науки и направленности 03.03.01 Физиология (уровень подготовки кадров высшей квалификации). Учебное издание содержит теоретический материал, задания, контрольные вопросы, список рекомендованной учебной литературы.

©ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА, 2014

©Зайцева Л. М., 2014

2

Предисловие

Основная цель преподавания дисциплины «Биология с основами экологии» – формирование у аспирантов углубленных профессиональных знаний о структурно-функциональных особенностях, размножении, закономерностях развития и взаимоотношениях с окружающей средой основных групп животных в сравнитель- но-анатомическом, сравнительно-функциональном, филогенетическом и эволюционном аспектах.

Задачи дисциплины: сформировать у аспирантов представление о фундаментальных свойствах живых систем, иерархических уровнях организации и функционировании систем; о единстве законов физики, химии и биологии в природе; о многообразии, взаимосвязи и эволюции организмов; принципах классификации и систематики живых систем; об основных законах биологии и экологии; о месте человека в органическом мире, о последствиях деятельности человека в локальных и глобальных масштабах; об экологических законах, правилах и принципах; о принципах организации и функционирования экосистем и биосферы в целом; о мониторинге, о глобальных экологических кризисах и региональных кризисных ситуациях; принципах рационального природопользования и охраны природы; подготовить аспирантов к применению полученных знаний при осуществлении конкретного исследования в области физиологии высшей нервной деятельности.

Дисциплина «Биология с основами экологии» входит в цикл обязательных дисциплин, дисциплины по выбору аспиранта основной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура) по специальности 03.03.01 – Физиология. Дисциплина осваивается на втором году обучения аспиранта (второе полугодие).

Курс дисциплины предполагает наличие у аспирантов знаний по дисциплинам: анатомия животных, цитология, гистология и эмбриология, ветеринарная генетика, физиология и этология животных, ветеринарная микробиология и микология, вирусология и биотехнология, иммунология, ветеринарная радиобиология, паразитология и инвазионные болезни, эпизоотология и инфекционные

3

болезни, акушерство и гинекология в объеме программы высшего профессионального образования.

Знания и навыки, полученные аспирантами при изучении данного курса, могут быть использованы при подготовке и написании диссертации по специальности 03.03.01 – Физиология.

Выпускник, освоивший программу аспирантуры по направлению подготовки 06.06.01 Биологические науки и направленности 03.03.01 Физиология, должен обладать следующими компетенциями:

способность к критическому анализу и оценке современных научных достижений, генерированию новых идей при решении исследовательских и практических задач, в том числе в междисциплинарных областях;

способность самостоятельно осуществлять научноисследовательскую деятельность в соответствующей

профессиональной области с использованием современных методов исследования и информационно-коммуникационных технологий;

осознание социальной значимости своей будущей профессии, обладает высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности;

использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности.

4

Занятие 1. История биологии, этапы развития

и методы ее исследований

Цель занятия. Ознакомиться с историей развития биологии и методами её исследований.

Биология – естественная наука. С этих позиций следует рас-

сматривать этапы развития биологии с древности и до наших дней. Ознакомьтесь с различными школами биологии, отображенными в литературных описаниях египтян, вавилонян, индийцев, греков, римлян и т.д. Обратите внимание на описания биологических знаний в трудах Аристотеля, Плиния, Галена. Следует почерпнуть сведения о животных и растениях на Руси, в частности из поучения Владимира Мономаха (XI в).

В средние века наука также развивалась, хотя господствующей идеологией была религия. Ознакомьтесь с известными именами выдающихся ученых, такими как Авиценна, Леонардо да Винчи, Андреас Везалий, В. Гарвей, Д. Борели.

ВXVI-XIX веках большое влияние на развитие биологии оказали К. Линней, Г. Лейбниц, К. Вольф, К. Бэр и др. ученые.

В1839 г. Т. Шванн и М. Шлейден озвучивают клеточную теорию (1810-1882). В 1859 г. Ч. Дарвин публикует «Происхождение видов», где была сформулирована теория эволюции. В первой половине XIX в. Л. Пастер, Р. Кох, И. Мечников положили начало такой науке как микробиология.

В1865 г. Г. Мендель (1822-1884) публикует работу «Опыт над растительными гибридами», где были сформулированы законы наследственности и обосновано существование генов. В 1858 г. Р. Вирхов опубликовал книгу «Целлюлярная патология», где впервые сформулировано положение о связи цитологического процесса с клетками. Соединив клеточную теорию с патологией, Р. Вирхов подвел биологию под медицину. В 1944 г. была открыта генетическая роль ДНК, а 1953 г. выяснена ее структура. В 1961 г. был

расшифрован генетический код. В результате основным методом изучения молекулярной биологии и генетики стала структура и функция нуклеиновых кислот и белков.

5

Классификация биологических наук. На основе биологии воз-

никли и дифференцировались отдельные самостоятельные науки. Например, такая наука как генетика, которая, в свою очередь, также стала комплексной. Ведущее положение в комплексе биологических наук занимает физико-химическая биология, дающая представление о научной картине мира и обоснование его материального единства. Биология приобрела первостепенное значение в научно-техническом прогрессе основ медицины и развития сельского хозяйства. Следует обратить на это особое внимание при изучении предмета.

Методы исследований. Аспирант должен усвоить основные методы исследований, применяемых в биологии. Это описательный, сравнительный, исторический и экспериментальный методы.

К. Линней, используя сравнительный метод, заложил основы систематики животных и растений, К. Бэр – учение об основных типах развития.

Ч. Дарвин ввел в практику исторический метод, изучая закономерности появления и развития организмов. Трудами Г. Гельмгольца (1821-1894), И. М. Сеченова (1829-1878), И. П. Павлова (1849-1936) физиология первой из биологических наук стала экспериментальной наукой. Работы Г. Менделя являют классический пример методологии экспериментальной науки. Значительный вклад в методологию экспериментальной науки внесли Д. И. Ива-

новский (1864-1920), С. Н. Виноградский (1856-1953), М. Бей-

еринк (1851-1931) и др. Экспериментальный метод сейчас обогащается методами физики и химии, благодаря микроскопии, математическому моделированию и пр.

Применение биологических знаний. Кроме познавательного значения биология оказывает опосредованное влияние на материальное производство, через внедрение основ биотехнологии, которые находят широкое применение в медицине и народном хозяйстве. Исключительно большое значение имеет биология для сельскохозяйственного производства. Аспиранту следует обратить внимание на роль генетики и генной инженерии для сельскохозяйственного производства.

6

Контрольные вопросы

1.Предмет «Биология с основами экологии» и его место в системе других наук о природе.

2.Какое общее теоретическое значение имеет биология?

3.На какие науки подразделяется биология?

4. Каково значение отдельных разделов биологических и экологич е- ских дисциплин?

5.Каковы основные этапы в истории развития биологии?

6.Какое значение имели работы К. Линнея, Ч. Дарвина, А. Вернадско-

го для биологии и экологии? Основные систематические категории и п о- нятие вида, бинарная номенклатура.

7.Взгляды Ламарка на происхождение видов.

8.Работы Ч. Дарвина и прогрессивное значение его эволюционной теории (кто из русских ученых способствовал развитию и распространению дарвинизма?).

9.Каково практическое значение и роль биологии в охране и преобр а- зовании природы, развитии сельского хозяйства России?

Занятие 2. Живые системы: клетка и организм. Свойства

и уровни организации живого

Цель занятия. Ознакомиться с материалом о происхождении жизни на Земле, живыми системами которой являются клетки, ткани, органы, с и- стемы органов, организмы, популяции, экологические системы и биосф е- ра.

В данной теме аспиранту предстоит ознакомиться с обширным материалом о происхождении жизни на Земле, живыми системами которой являются клетки, ткани, органы, системы органов, организмы, популяции, экологические системы и биосфера в целом. Необходимо уяснить, что живые системы являются биологическими категориями. Живое построено из тех же химических элементов, что и неживое, однако организация и форма существования живого имеет специфические особенности. Аспиранту как раз и стоит обратить пристальное внимание на изучение этой специфики, а именно: в качестве субстрата жизни выступают нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) и белки. ДНК являются генетическим

7

материалом клеток, определяют химическую специфичность генов. Под контролем ДНК происходит синтез белков, в котором участвуют РНК. Необходимо знать, что большинство клеточных белков представлено ферментами, которые есть часть структурных компонентов клетки. Каждая клетка содержит сотни специфических белков, присущих только им. Однако субстратом жизни считают нуклеопротеиды, из которых построены хромосомы и рибосомы. В то же время вне клетки нуклеопротеиды не существуют.

Далее необходимо усвоить основные свойства живого: репродукция, специфичность организации, упорядоченность структуры, целостность и дискретность, рост и развитие, метаболизм, наследственность и изменчивость, раздражимость, движение, внутренняя регуляция и, наконец, специфичность взаимодействия со средой.

На практических занятиях аспирант может ознакомиться с последовательностью молекулярной организации клеток, их струк- турно-функциональной организацией, ознакомиться с химическим составом клеточных структур. Здесь важно отметить сходство клеток растений и животных (прокариоты и эукариоты), их отличительные особенности.

Уровни организации живого имеют как бы определенные ступени: клеточный (бактерии, простейшие и др., клетки многоклеточных организмов), тканевой, органный, организменный, популяционный, видовой, биоценотический, биосферный (глобальный). Между разными уровнями организации живого существует диалектическое единство. Следует ознакомиться подробнее с методами изучения клеток, разнообразием растительного и животного мира.

Значительный вклад в понимание эволюции тканей животных принадлежит А. А. Заварзину (1886-1945), который считал, что одни и те же факторы эволюции обеспечили не только разнообразие организмов, но и однообразие строения их тканей. Сходство в строении тканей у филогенетически далеко отстоящих животных А. А. Заварзин называл законом параллельных рядов тканевой эволюции. Работы А. А. Заварзина и его учеников заложили основы эволюционной гистологии.

8

Контрольные вопросы

1. В чем заключается всеобщий методологический подход к поним а- нию сущности жизни? Когда он возник и в связи с чем?

2.Можно ли определить сущность жизни? Если да, то в чем заключа - ется это определение и каковы его научные обоснования?

3.Возможна ли постановка вопроса о субстрате жизни?

4.Назовите свойства живого. Укажите, какие из этих свойств характерны для неживого и какие только для живого.

5.Какое значение для биологии имеет подразделение живого на уровни

организации? Имеет ли такое подразделение практическое значение?

6.Какими общими чертами характеризуются разные уровни организации живого?

7.Почему нуклеопротеиды считают субстратом жизни и при каких условиях они выполняют эту роль?

8.Какое содержание вкладывают в понятия «мертвое» и «неживое»?

9.Насколько велико значение методов исследования в изучении клеток? Какие из этих методов вы знаете?

10.Сформулируйте основные положения клеточной теории. Как Вы

считаете, какова роль этой теории в биологии?

11. Почему клетку определяют в качестве элементарной единицы жизни, и в чем заключаются доказательства того, что клетка действительно является элементарной единицей жизни? Что представляют собой меж - клеточные структуры?

12.Назовите два процесса, которые являются общими для всех живых систем.

13.Назовите принципиальные различия между клетками-прокариотами

иклетками-эукариотами. Является ли одноклеточность признаком пр о-

кариот?

14.Назовите и охарактеризуйте компоненты мембранной системы кле - ток животных. Есть ли мембранная система в клетках растений?

15.Каковы структура и роль клеточного ядра? Есть ли различия между ядрами клеток животных и клеток растений?

16.Каковы структура и функции митохондрий? Все ли клетки облада-

ют митохондриями?

17.Сформулируйте определения клеточного цикла и митоза. С какой скоростью протекают митозы в клетках разных тканей?

18.Что собой представляют лизосомы и какова их роль? Что произо й- дет с клетками, если лизосомы подвергнутся разрушению?

19.Каково значение ферментов в жизни клеток? Все ли белки являются

ферментами и в чем заключается их действие?

20. Каковы фазы митоза и сущность процессов, происходящих в эти

9

24.Какой представляется структура белков и что вы знаете о функциях белков?

25.Как вы понимаете происхождение клеток-прокариот, клетокэукариот?

26.Каково ваше мнение относительно развития генома эукариотич е- ских клеток?

28.Каковы причины гибели клеток? Существует ли генетический меха-

низм, контролирующий гибель клеток?

29.Как вы понимаете происхождение клеток-прокариотов и клетокэукариотов?

30.Применима ли эволюционная теория к учению о тканях?

Занятие 3. Обмен веществ и энергии (метаболизм)

Цель занятия. Ознакомиться с основными метаболическими процессами живого: анаболизмом (ассимиляция) и катаболизмом (диссимиляция).

Основными метаболическими процессами живого являются анаболизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция). Аспиранту следует указать на различия между двумя противоположными процессами обмена веществ в клеточных структурах. Отметить значение аденозинтрифосфата (АТФ) как источника клеточной энергии. На занятиях необходимо усвоить формулу пополнения запасов АТФ с аденозиндифосфатом (АДФ) и механизм работы энергии в клетке

АДФ + Ф + энергия → АТФ

К живым системам применимы 2 закона термодинамики. Первый – закон перехода энергии с одной формы в другую

(или сохранения энергии).

Второй – закон равновесия между полезной энергией и неупорядоченной (хаотической) ее формой. Для живых существ первичным источником энергии является солнечная радиация, в частности, видимый свет, состоящий из электромагнитных волн

10