9 класс. Биология. Цитология — наука, изучающая клетку — Цитология — наука, изучающая клетку

Комментарии преподавателя

Что такое клет­ка, вы уже хо­ро­шо зна­е­те из преды­ду­щих клас­сов. Это струк­тур­ная еди­ни­ца жи­во­го, тот кир­пи­чик, ко­то­рый лежит в ос­но­ве всей жизни на земле. По­то­му что все живые су­ще­ства, за ис­клю­че­ни­ем, по­жа­луй, ви­ру­сов, со­сто­ят из кле­ток. Но для уче­ных про­шло­го кле­точ­ное стро­е­ние живых ор­га­низ­мов было не таким оче­вид­ным, как для нас с вами. Наука, изу­ча­ю­щая клет­ку, ци­то­ло­гия, сфор­ми­ро­ва­лась лишь к се­ре­дине XIX века!

Без зна­ния о том, от­ку­да бе­рет­ся жизнь, что яв­ля­ет­ся ее мель­чай­шей еди­ни­цей, вплоть до Сред­не­ве­ко­вья по­яв­ля­лись тео­рии о том, на­при­мер, что ля­гуш­ки про­ис­хо­дят от грязи, а мыши за­рож­да­ют­ся в гряз­ном белье. 

«Гряз­ное белье сред­не­ве­ко­вой науки» пер­вым «раз­во­ро­шил» в 1665 г. ан­глий­ский есте­ство­ис­пы­та­тель Ро­берт Гук. Он впер­вые рас­смот­рел и опи­сал обо­лоч­ки рас­ти­тель­ных кле­ток. А уже в 1674 г. его гол­ланд­ский кол­ле­га Ан­то­ни ван Ле­вен­гук пер­вым раз­гля­дел под са­мо­дель­ным мик­ро­ско­пом неко­то­рых про­стей­ших и от­дель­ные клет­ки жи­вот­ных, такие как эрит­ро­ци­ты и спер­ма­то­зо­и­ды, на­при­мер.

 

Ис­сле­до­ва­ния Ле­вен­гу­ка ка­за­лись со­вре­мен­ни­кам на­столь­ко фан­та­сти­че­ски­ми, что в 1676 г. Лон­дон­ское ко­ро­лев­ское об­ще­ство, куда он от­сы­лал ре­зуль­та­ты своих ис­сле­до­ва­ний, очень силь­но в них за­со­мне­ва­лось. Су­ще­ство­ва­ние од­но­кле­точ­ных ор­га­низ­мов и кле­ток крови, на­при­мер, никак не укла­ды­ва­лось в рамки то­гдаш­ней науки.

Чтобы осмыс­лить ре­зуль­та­ты труда гол­ланд­ско­го уче­но­го, по­тре­бо­ва­лось несколь­ко веков. И толь­ко к се­ре­дине XIX в. немец­кий уче­ный Тео­дор Шванн, ос­но­вы­ва­ясь на тру­дах сво­е­го кол­ле­ги Ма­ти­а­са Шлей­де­на, сфор­му­ли­ро­вал ос­нов­ные по­ло­же­ния кле­точ­ной тео­рии, ко­то­рой мы поль­зу­ем­ся и по сей день. Шванн до­ка­зал, что клет­ки рас­те­ний и жи­вот­ных имеют общий прин­цип стро­е­ния, по­то­му что об­ра­зу­ют­ся оди­на­ко­вым спо­со­бом; все клет­ки са­мо­сто­я­тель­ны, а любой ор­га­низм – это со­во­куп­ность жиз­не­де­я­тель­но­сти от­дель­ных групп кле­ток.

Даль­ней­шие ис­сле­до­ва­ния уче­ных поз­во­ли­ли сфор­му­ли­ро­вать ос­нов­ные по­ло­же­ния со­вре­мен­ной кле­точ­ной тео­рии, ко­то­рые мы с вами по­ста­ра­ем­ся за­пом­нить.

Итак, пер­вое: клет­ка – уни­вер­саль­ная струк­тур­ная еди­ни­ца жи­во­го. Вто­рое: клет­ки раз­мно­жа­ют­ся путем де­ле­ния (клет­ка от клет­ки). Тре­тье: клет­ки хра­нят, пе­ре­ра­ба­ты­ва­ют, ре­а­ли­зу­ют и пе­ре­да­ют на­след­ствен­ную ин­фор­ма­цию. Чет­вер­тое: клет­ка – это са­мо­сто­я­тель­ная био­си­сте­ма, от­ра­жа­ю­щая опре­де­лен­ный струк­тур­ный уро­вень ор­га­ни­за­ции живой ма­те­рии. Пятое: мно­го­кле­точ­ные ор­га­низ­мы – это ком­плекс вза­и­мо­дей­ству­ю­щих си­стем раз­лич­ных кле­ток, обес­пе­чи­ва­ю­щих ор­га­низ­му рост, раз­ви­тие, обмен ве­ществ и энер­гии. Ше­стое: клет­ки всех ор­га­низ­мов сход­ны между собой по стро­е­нию, хи­ми­че­ско­му со­ста­ву и функ­ци­ям.

 

Клет­ки чрез­вы­чай­но раз­но­об­раз­ны. Они могут раз­ли­чать­ся по струк­ту­ре, форме и функ­ци­ям. Среди них есть сво­бод­но жи­ву­щие клет­ки, ко­то­рые ведут себя как особи по­пу­ля­ций и видов, как са­мо­сто­я­тель­ные ор­га­низ­мы. Их жиз­не­де­я­тель­ность за­ви­сит не толь­ко от того, как ра­бо­та­ют внут­ри­кле­точ­ные струк­ту­ры, ор­га­но­и­ды. Они сами вы­нуж­де­ны до­бы­вать себе пищу, пе­ре­ме­щать­ся в окру­жа­ю­щей среде, раз­мно­жать­ся, то есть дей­ство­вать как ма­лень­кие, но вполне са­мо­сто­я­тель­ные особи. Таких сво­бо­до­лю­би­вых од­но­кле­точ­ных очень много. Они вхо­дят во все цар­ства кле­точ­ной живой при­ро­ды и на­се­ля­ют все среды жизни на нашей пла­не­те.

В мно­го­кле­точ­ном ор­га­низ­ме клет­ка яв­ля­ет­ся его ча­стью. Из кле­ток об­ра­зу­ют­ся ткани и ор­га­ны.

 

Раз­ме­ры кле­ток могут быть очень раз­ны­ми – от одной де­ся­той мик­ро­на и до 15 сан­ти­мет­ров: таков раз­мер яйца стра­у­са, пред­став­ля­ю­ще­го собой одну клет­ку, а вес этой клет­ки – пол­то­ра ки­ло­грам­ма. И это да­ле­ко не пре­дел. Яйца ди­но­зав­ров,  к при­ме­ру, могли до­сти­гать в длину целых 45 сан­ти­мет­ров.

 

Обыч­но у мно­го­кле­точ­ных ор­га­низ­мов раз­ные клет­ки вы­пол­ня­ют раз­лич­ные функ­ции. Клет­ки, сход­ные по стро­е­нию, рас­по­ло­жен­ные рядом, объ­еди­нен­ные меж­кле­точ­ным ве­ще­ством и пред­на­зна­чен­ные для вы­пол­не­ния опре­де­лен­ных функ­ций в ор­га­низ­ме, об­ра­зу­ют ткани.

 

Жизнь мно­го­кле­точ­но­го ор­га­низ­ма за­ви­сит от того, на­сколь­ко сла­жен­но ра­бо­та­ют клет­ки, вхо­дя­щие в его со­став. По­это­му клет­ки не кон­ку­ри­ру­ют между собой. На­про­тив, ко­опе­ра­ция и спе­ци­а­ли­за­ция их функ­ций поз­во­ля­ет ор­га­низ­му вы­жить в тех си­ту­а­ци­ях, в ко­то­рых оди­ноч­ные клет­ки не вы­жи­ва­ют. У слож­ных мно­го­кле­точ­ных ор­га­низ­мов – рас­те­ний, жи­вот­ных и че­ло­ве­ка – клет­ки ор­га­ни­зо­ва­ны в ткани, ткани – в ор­га­ны, ор­га­ны – в си­сте­мы ор­га­нов. И каж­дая из этих си­стем ра­бо­та­ет на то, чтобы обес­пе­чить су­ще­ство­ва­ние це­ло­му ор­га­низ­му.

 

Но, несмот­ря на все раз­но­об­ра­зие форм и раз­ме­ров, клет­ки раз­ных типов схожи между собой. Такие про­цес­сы, как ды­ха­ние, био­син­тез, обмен ве­ществ, идут в клет­ках неза­ви­си­мо от того, яв­ля­ют­ся они од­но­кле­точ­ны­ми ор­га­низ­ма­ми или вхо­дят в со­став мно­го­кле­точ­но­го су­ще­ства.  Каж­дая клет­ка по­гло­ща­ет пищу, из­вле­ка­ет из нее энер­гию, из­бав­ля­ет­ся от  от­хо­дов об­ме­на ве­ществ, под­дер­жи­ва­ет по­сто­ян­ство сво­е­го хи­ми­че­ско­го со­ста­ва и вос­про­из­во­дит саму себя, то есть осу­ществ­ля­ет все про­цес­сы, от ко­то­рых за­ви­сит ее жизнь. Все это поз­во­ля­ет рас­смат­ри­вать клет­ку как осо­бую еди­ни­цу живой ма­те­рии, как эле­мен­тар­ную живую си­сте­му.

 

Все живые су­ще­ства, от ин­фу­зо­рии до слона или кита, са­мо­го круп­но­го на се­го­дняш­ний день мле­ко­пи­та­ю­ще­го, со­сто­ят из кле­ток. Раз­ни­ца лишь в том, что ин­фу­зо­рии – са­мо­сто­я­тель­ные био­си­сте­мы, со­сто­я­щие из одной клет­ки, а клет­ки кита ор­га­ни­зо­ва­ны и вза­и­мо­свя­за­ны как части боль­шо­го 190-тон­но­го це­ло­го. Ра­зу­ме­ет­ся, со­сто­я­ние всего ор­га­низ­ма за­ви­сит от того, как функ­ци­о­ни­ру­ют его части, то есть клет­ки.

 

До­пол­ни­тель­ный ма­те­ри­ал

Ан­то­ни ван Ле­вен­гук

Ан­то­ни ван Ле­вен­гук ро­дил­ся 24 ок­тяб­ря 1632 года в Дел­фте, в семье ма­сте­ра-кор­зин­щи­ка Фи­лип­са То­нис­зо­на (Philips Thoniszoon). В 1648 году Ан­то­ни от­пра­вил­ся в Ам­стер­дам учить­ся на бух­гал­те­ра, но вме­сто учёбы устро­ил­ся на ра­бо­ту в га­лан­те­рей­ную лавку. Там он впер­вые уви­дел про­стей­ший мик­ро­скоп – уве­ли­чи­ва­ю­щее стек­ло, ко­то­рое уста­нав­ли­ва­лось на неболь­шом шта­ти­ве и ис­поль­зо­ва­лось тек­стиль­щи­ка­ми. Вско­ре он при­об­рел себе такой же. Осво­ив ре­мес­ло шли­фо­валь­щи­ка, Ле­вен­гук стал очень ис­кус­ным и успеш­ным из­го­то­ви­те­лем линз. Всего за свою жизнь он из­го­то­вил около 250 линз, до­бив­шись 300-крат­но­го уве­ли­че­ния. Уста­нав­ли­вая свои линзы в ме­тал­ли­че­ские опра­вы, он со­ору­дил мик­ро­скоп и с его по­мо­щью про­во­дил самые пе­ре­до­вые по тем вре­ме­нам ис­сле­до­ва­ния. Линзы, ко­то­рые он из­го­тав­ли­вал, были неудоб­ны и малы, для ра­бо­ты с ними нужен был опре­де­лен­ный навык, од­на­ко с их по­мо­щью был сде­лан ряд важ­ней­ших от­кры­тий.

Ткани

Обыч­но у жи­вот­ных раз­ли­ча­ют че­ты­ре типа тка­ней: эпи­те­ли­аль­ную, со­еди­ни­тель­ную, мы­шеч­ную и нерв­ную. У рас­те­ний типов тка­ней боль­ше: об­ра­зо­ва­тель­ная – ме­ри­сте­ма, по­кров­ная, про­во­дя­щая, ме­ха­ни­че­ская и ос­нов­ная, или па­рен­хи­ма, ко­то­рая также имеет раз­но­вид­но­сти – за­па­са­ю­щую, ас­си­ми­ля­ци­он­ную и воз­ду­хо­нос­ную.

источник конспекта — http://interneturok.ru/ru/school/biology/9-klass/bkletochnyj-urovenb/tsitologiya-nauka-izuchayuschaya-kletku

источник видео — http://www.youtube.com/watch?v=MD8B9qx_qus

источник видео — http://www.youtube.com/watch?v=xB_o7OK723w

источник видео — http://www.youtube.com/watch?v=IK_uC_6VNVY

источник видео — http://www.youtube.com/watch?v=4O0HdVZUPjk

источник презентации — http://pwpt. ru/download/advert/bae705e553148cdaff3a1e7c2f2b3840/

Тест по биологии Цитология — наука, изучающая клетку. Многообразие клеток 9 класс

09.09.2021 Биология Тесты по биологии 9 класс

Тест по биологии Цитология — наука, изучающая клетку. Многообразие клеток 9 класс с ответами. Тест включает два варианта, в каждом по 7 вопросов и заданий трех уровней сложности.

Вариант 1

А1. Кто впервые наблюдал под микроскопом отдельные животные клетки — сперматозоиды и эритроциты?

1) Т. Шванн
2) М. Я. Шлейден
3) А. ван Левенгук
4) Р. Гук

А2. Основным методом цитологии при изучении ультраструктуры клетки является

1) генеалогический
2) электронная микроскопия
3) авторадиография
4) световая микроскопия

А3. Что образует совокупность сходных по строению и происхождению клеток, которые объединены межклеточным веществом и выполняют определенные функции в организме?

1) орган
2) систему органов
3) весь организм
4) ткани

А4.

От чего зависит жизнь многоклеточного организма?

1) от взаимодействия клеток друг с другом
2) от взаимодействия клеток с межклеточным вещество
3) от конкуренции клеток между собой
4) от обособленности клеток друг от друга

В1. Какие организмы состоят из одной клетки?

В2. Какие живые организмы обладают самыми малень­кими по размеру клетками?

С1. Как живая клетка способствует непрерывности жизни на планете?

Вариант 2

А1. Кто является одним из основоположников клеточной теории?

1) Р. Вирхов
2) А. ван Левенгук
3) Р. Гук
4) Т. Шванн

А2. Какое утверждение не относится к современной клеточной теории?

1) Новые клетки образуются путем деления существовавших ранее.
2) Клетки способны передавать наследственную информацию.
3) Клетки способны искажать наследственную информацию.

4) Клетки являются микроскопической живой системой.

А3. Какая из перечисленных групп тканей не является животной?

1) эпителиальная
2) меристематическая
3) нервная
4) мышечная

А4. Для каких клеток характерен процесс дыхания?

1) для клеток многоклеточных организмов
2) для клеток одноклеточных организмов
3) для всех клеток
4) для эукариотических клеток

В1. Каким организмам свойственно наличие тканей?

В2. Какие организмы обладают большим разнообразием клеток?

С1. В чем заключаются особенности живой клетки?

Ответы на тест по биологии Цитология — наука, изучающая клетку. Многообразие клеток 9 класс
Вариант 1
А1-3
А2-2
А3-4
А4-1
В1. Одноклеточные организмы, или простейшие

В2. Бактерии
Вариант 2
А1-4
А2-3
А3-2
А4-3
В1. Многоклеточным организмам
В2. Эукариоты

PDF версия для печати
Тест Цитология — наука, изучающая клетку. Многообразие клеток 9 класс
(156 Кб)

Опубликовано: 09.09.2021 Обновлено: 09.09.2021

Поделись с друзьями

Найти:

5.2: Открытие клеток и клеточной теории

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

16740

• Сюзанна Ваким и Мандип Грюал
• Колледж Бьютт

Большая синяя камера

Что это за невероятный объект? Вас бы удивило, если бы вы узнали, что это человеческая клетка? Ячейка на самом деле слишком мала, чтобы увидеть ее невооруженным глазом. Здесь он виден так подробно, потому что рассматривается в очень мощный микроскоп. Клетки могут быть небольшого размера, но они чрезвычайно важны для жизни. Как и все другие живые существа, вы состоите из клеток. Клетки являются основой жизни, и без клеток жизнь, какой мы ее знаем, не существовала бы. Вы узнаете больше об этих удивительных кирпичиках жизни, когда будете читать этот раздел.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Здоровая Т-клетка человека

Если вы посмотрите на живое вещество в микроскоп — даже в простой световой микроскоп — вы увидите, что оно состоит из клеток. Клетки являются основными единицами строения и функции живых существ. Это мельчайшие единицы, способные осуществлять процессы жизнедеятельности. Все организмы состоят из одной или нескольких клеток, и все клетки имеют много одинаковых структур и выполняют одни и те же основные жизненные процессы. Знание строения клеток и процессов, которые они осуществляют, необходимо для понимания самой жизни.

Открытие клеток

Впервые слово клетка использовалось для обозначения этих крошечных единиц жизни в 1665 году британским ученым по имени Роберт Гук. Гук был одним из первых ученых, изучавших живые существа под микроскопом. Микроскопы того времени были не очень сильными, но Гук все же смог сделать важное открытие. Когда он посмотрел на тонкий срез пробки под микроскопом, он был удивлен, увидев нечто похожее на пчелиные соты. Гук сделал рисунок на рисунке ниже, чтобы показать то, что он видел. Как видите, пробка состояла из множества крошечных единиц, которые Гук назвал клетками.

Вскоре после того, как Роберт Гук обнаружил клетки в пробке, Антон ван Левенгук в Голландии сделал другие важные открытия с помощью микроскопа. Левенгук сделал свои собственные линзы для микроскопов, и у него это получалось настолько хорошо, что его микроскоп был мощнее, чем другие микроскопы того времени. На самом деле микроскоп Левенгука был почти так же силен, как и современные световые микроскопы. Используя свой микроскоп, Левенгук был первым человеком, который наблюдал человеческие клетки и бактерии.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Роберт Гук зарисовал эти пробковые клетки, как они выглядят под простым световым микроскопом.

Cell Theory

К началу 1800-х годов ученые наблюдали за клетками многих различных организмов. Эти наблюдения привели двух немецких ученых по имени Теодор Шванн и Матиас Якоб Шлейден к предположению, что клетки являются основными строительными блоками всех живых существ. Около 1850 года немецкий врач Рудольф Вирхов изучал клетки под микроскопом, когда случайно увидел, как они делятся и образуют новые клетки. Он понял, что живые клетки производят новые клетки путем деления. Основываясь на этом понимании, Вирхов предположил, что живые клетки возникают только из других живых клеток.

Идеи всех трех ученых — Шванна, Шлейдена и Вирхова — привели к

клеточной теории , одной из фундаментальных теорий, объединяющих всю биологию. Клеточная теория утверждает, что:

• Все организмы состоят из одной или нескольких клеток.
• Все жизненные функции организмов происходят внутри клеток.
• Все ячейки происходят из уже существующих ячеек.

Видение клеток изнутри

Начиная с Роберта Гука в 1600-х годах, 9Микроскоп 0034 открыл удивительный новый мир — мир жизни на уровне клетки. По мере того, как микроскопы продолжали совершенствоваться, было сделано больше открытий о клетках живых существ. Однако к концу 1800-х световые микроскопы достигли своего предела. Объекты намного меньше клеток, включая структуры внутри клеток, были слишком малы, чтобы их можно было увидеть даже в самый сильный световой микроскоп.

Затем, в 1950-х годах, был изобретен новый тип микроскопа. Названный электронным микроскопом, он использовал пучок электронов вместо света для наблюдения за очень маленькими объектами. С помощью электронного микроскопа ученые наконец-то смогли увидеть крошечные структуры внутри клеток. Фактически, они даже могли видеть отдельные молекулы и атомы. Электронный микроскоп оказал огромное влияние на биологию. Это позволило ученым изучать организмы на уровне их молекул и привело к возникновению области клеточной биологии.

С помощью электронного микроскопа было сделано гораздо больше открытий клеток. На рисунке \(\PageIndex{3}\) показано, как структуры ячеек называются органеллы проявляются при сканировании под электронным микроскопом.

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Это изображение структур внутри клетки получено с помощью электронного микроскопа.

Структуры, общие для всех клеток

Хотя клетки разнообразны, все клетки имеют некоторые общие части. Эти части включают плазматическую мембрану, цитоплазму, рибосомы и ДНК.

1. Плазматическая мембрана (также называемая клеточной мембраной) представляет собой тонкий слой фосфолипидов, окружающий клетку. Он образует физическую границу между клеткой и окружающей средой, поэтому вы можете думать о нем как о «коже» клетки.
2. Цитоплазма относится ко всему клеточному материалу внутри плазматической мембраны. Цитоплазма состоит из водянистого вещества, называемого цитозолем, и содержит другие клеточные структуры, такие как рибосомы.
3. Рибосомы представляют собой структуры в цитоплазме, в которых производятся белки.
4. ДНК представляет собой нуклеиновую кислоту, обнаруженную в клетках. Он содержит генетические инструкции, необходимые клеткам для производства белков.

Эти части являются общими для всех клеток таких разных организмов, как бактерии и люди. Как получилось, что все известные организмы имеют такие похожие клетки? Сходства показывают, что вся жизнь на Земле имеет общую эволюционную историю.

Обзор

1. Описать ячейки.
2. Объясните, как были открыты клетки.
3. Расскажите, как развивалась клеточная теория.
4. Определите структуры, общие для всех ячеек.
5. Верно или неверно. Пробка не является живым организмом.
6. Верно или неверно. Некоторые организмы состоят только из одной клетки.
7. Верно или неверно. Рибосомы находятся вне цитоплазмы клетки.
8. Белки производятся _____________.
9. В чем разница между световым микроскопом и электронным микроскопом?
10. Первые микроскопы были сделаны около
    1. 1965
    2. 1665
    3. 1950
    4. 1776
11. Кто из этих ученых сделал каждое из следующих открытий? (Антон ван Левенгук, Роберт Гук, Рудольф Вирхов)
    1. Обнаружил некоторые из первых клеток и впервые использовал термин «клетка»
    2. Обнаружены первые клетки человека
    3. Наблюдаемые клетки, делящиеся
12. Роберт Гук зарисовал то, что выглядело как соты, или повторяющиеся круглые или квадратные единицы, когда он наблюдал растительные клетки под микроскопом.
    1. Что такое каждая единица?
    2. Что из общих частей всех клеток составляет внешнюю поверхность каждой единицы?
    3. Что из общих частей всех ячеек составляет внутреннюю часть каждой ячейки?

Attributions

1. Здоровая человеческая Т-клетка по фотопотоку NIAID Flickr, общественное достояние через Wikimedia Commons
2. Микрофотография пробки Роберта Хука, общественное достояние на Wikimedia Commons
3. Chlamydomonas от Dartmouth Electron Microscope Facility Дартмутского колледжа, опубликовано в общественное достояние через Wikimedia Commons
4. Текст адаптирован из книги «Биология человека» по лицензии CK-12, лицензия CC BY-NC 3. 0

---

Эта страница под названием 5.2: Discovery of Cells and Cell Theory распространяется под лицензией CK-12 и была создана, изменена и/или курирована Сюзанной Ваким и Мандипом Грюалом посредством исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами Платформа LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

ЛИЦЕНЗИЯ ПОД

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   Сюзанна Ваким и Мандип Гревал

   Количество столбцов печати

   Два

   Печать CSS

   Плотный

   Лицензия

   СК-12

   Версия лицензии

   3,0

   Программа OER или Publisher

   Программа ASCCC OERI

   Показать оглавление

   да

2. Теги

   1. ячейка
   2. Клеточная теория
   3. цитоплазма
   4. ДНК
   5. микроскоп
   6. органеллы
   7. плазматическая мембрана
   8. рибосома
   9. источник@https://www. ck12.org/book/ck-12-human-biology/

1.1 Темы и концепции биологии – Concepts of Biology – 1st Canadian Edition

Перейти к содержанию

Глава 1: Введение в биологию

К концу этого раздела вы сможете:

• Определять и описывать свойства жизни
• Опишите уровни организации живых существ
• Перечислите примеры различных разделов биологии

Посмотрите видео об эволюции путем естественного отбора.

Биология – это наука, изучающая жизнь. Что такое жизнь? Это может показаться глупым вопросом с очевидным ответом, но дать определение жизни непросто. Например, раздел биологии, называемый вирусологией, изучает вирусы, которые обладают некоторыми характеристиками живых существ, но лишены других. Оказывается, хотя вирусы могут атаковать живые организмы, вызывать болезни и даже размножаться, они не соответствуют критериям, которые биологи используют для определения жизни.

С самого начала своего существования биология боролась с четырьмя вопросами: какие общие свойства делают что-то «живым»? Как функционируют эти разнообразные живые существа? Столкнувшись с удивительным разнообразием жизни, как мы организуем различные виды организмов, чтобы лучше понять их? И, наконец, — что в конечном счете стремятся понять биологи — как возникло это разнообразие и как оно сохраняется? Поскольку каждый день открываются новые организмы, биологи продолжают искать ответы на эти и другие вопросы.

Все группы живых организмов имеют несколько общих ключевых характеристик или функций: порядок, чувствительность или реакция на раздражители, размножение, адаптация, рост и развитие, регуляция, гомеостаз и переработка энергии. Если рассматривать эти восемь характеристик вместе, они определяют жизнь.

Заказ

Организмы — это высокоорганизованные структуры, состоящие из одной или нескольких клеток. Даже очень простые одноклеточные организмы удивительно сложны. Внутри каждой клетки атомы составляют молекулы. Они, в свою очередь, составляют клеточные компоненты или органеллы. Многоклеточные организмы, которые могут состоять из миллионов отдельных клеток, имеют преимущество перед одноклеточными организмами в том, что их клетки могут быть специализированы для выполнения определенных функций и даже приноситься в определенных ситуациях в жертву на благо организма в целом. Как эти специализированные клетки собираются вместе, чтобы сформировать такие органы, как сердце, легкие или кожа, у таких организмов, как жаба, показанная на рис. 1.2, мы обсудим позже.

Рис. 1.2 Жаба представляет собой высокоорганизованную структуру, состоящую из клеток, тканей, органов и систем органов.

Чувствительность или реакция на раздражители

Организмы реагируют на разнообразные раздражители. Например, растения могут наклоняться к источнику света или реагировать на прикосновение. Даже крошечные бактерии могут двигаться к химическим веществам или от них (процесс, называемый хемотаксис) или свету (фототаксис). Движение к раздражителю считается положительной реакцией, а движение в сторону от раздражителя считается отрицательной реакцией.

Рисунок 1.3. Листья этого чувствительного растения (Mimosa pudica) мгновенно свисают и складываются при прикосновении. Через несколько минут растение возвращается в нормальное состояние.

Концепция в действии

Посмотрите это видео, чтобы увидеть, как чувствительное растение реагирует на прикосновение.

Репродукция

Одноклеточные организмы размножаются, сначала дублируя свою ДНК, которая является генетическим материалом, а затем делят ее поровну, поскольку клетка готовится к делению, чтобы сформировать две новые клетки. Многие многоклеточные организмы (состоящие из более чем одной клетки) производят специализированные репродуктивные клетки, из которых формируются новые особи. Когда происходит размножение, ДНК, содержащая гены, передается потомству организма. Эти гены являются причиной того, что потомство будет принадлежать к тому же виду и будет иметь характеристики, сходные с родителем, такие как цвет меха и группа крови.

Адаптация

Все живые организмы демонстрируют «приспособленность» к окружающей среде. Биологи называют это соответствие адаптацией, и оно является следствием эволюции путем естественного отбора, который действует в каждой линии воспроизводящихся организмов. Примеры приспособлений разнообразны и уникальны: от термостойких архей, обитающих в кипящих горячих источниках, до длины языка мотылька, питающегося нектаром, который соответствует размеру цветка, которым он питается. Все приспособления повышают репродуктивный потенциал особи, проявляющей их, включая их способность выживать и размножаться. Адаптации не постоянны. По мере изменения окружающей среды естественный отбор заставляет характеристики особей в популяции отслеживать эти изменения.

Рост и развитие

Организмы растут и развиваются в соответствии со специфическими инструкциями, закодированными их генами. Эти гены предоставляют инструкции, которые будут направлять клеточный рост и развитие, гарантируя, что детеныши вида вырастут и проявят многие из тех же характеристик, что и их родители.

Рис. 1.4 Хотя нет двух одинаковых котят, эти котята унаследовали гены от обоих родителей и имеют много общих характеристик.

Постановление

Даже самые маленькие организмы сложны и требуют множественных регуляторных механизмов для координации внутренних функций, таких как транспорт питательных веществ, реакция на раздражители и преодоление стрессов окружающей среды. Например, системы органов, такие как пищеварительная или кровеносная системы, выполняют определенные функции, такие как перенос кислорода по всему телу, удаление отходов, доставка питательных веществ к каждой клетке и охлаждение тела.

Гомеостаз

Для правильного функционирования клеткам требуются соответствующие условия, такие как правильная температура, pH и концентрация различных химических веществ. Однако эти условия могут меняться от одного момента к другому. Организмы способны почти постоянно поддерживать внутренние условия в узком диапазоне, несмотря на изменения окружающей среды, благодаря процессу, называемому гомеостазом или «устойчивым состоянием» — способностью организма поддерживать постоянные внутренние условия. Например, многие организмы регулируют температуру своего тела в процессе, известном как терморегуляция. Организмы, живущие в холодном климате, такие как белый медведь, имеют структуру тела, которая помогает им выдерживать низкие температуры и сохранять тепло тела. В жарком климате у организмов есть методы (например, потоотделение у людей или тяжелое дыхание у собак), которые помогают им сбрасывать избыточное тепло тела.

Рис. 1.5 Белые медведи и другие млекопитающие, живущие в покрытых льдом регионах, поддерживают температуру своего тела за счет выделения тепла и сокращения потерь тепла через густую шерсть и плотный слой жира под кожей.

Энергетическая обработка

Все организмы (например, калифорнийский кондор, показанный на рис. 1.6) используют источник энергии для своей метаболической деятельности. Некоторые организмы улавливают энергию солнца и превращают ее в химическую энергию в пище; другие используют химическую энергию от молекул, которые они поглощают.

Рис. 1.6 Калифорнийскому кондору требуется много энергии для полета. Химическая энергия, получаемая из пищи, используется для обеспечения полета. Калифорнийские кондоры находятся под угрозой исчезновения; ученые стремились разместить бирку на каждой птице, чтобы помочь им идентифицировать и определить местонахождение каждой отдельной птицы.

Живые существа высокоорганизованы и структурированы, следуя иерархии в масштабе от малого до большого. Атом — самая маленькая и самая фундаментальная единица материи. Он состоит из ядра, окруженного электронами. Атомы образуют молекулы. А 9Молекула 0034 представляет собой химическую структуру, состоящую как минимум из двух атомов, соединенных вместе химической связью. Многие биологически важные молекулы представляют собой макромолекулы , большие молекулы, которые обычно образуются путем объединения более мелких единиц, называемых мономерами. Примером макромолекулы является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), которая содержит инструкции для функционирования содержащего ее организма.

Рис. 1.7 Молекула, как и эта большая молекула ДНК, состоит из атомов.

Концепция в действии

Чтобы увидеть анимацию этой молекулы ДНК, нажмите здесь.

Некоторые клетки содержат агрегаты макромолекул, окруженные мембранами; они называются органеллами. Органеллы — это небольшие структуры, которые существуют внутри клеток и выполняют специализированные функции. Все живые существа состоят из клеток; сама клетка является наименьшей фундаментальной структурной и функциональной единицей живых организмов. (Вот почему вирусы не считаются живыми: они не состоят из клеток. Чтобы произвести новые вирусы, они должны вторгнуться и захватить живую клетку; только тогда они могут получить материалы, необходимые им для размножения.) Некоторые организмы состоят из одноклеточные, а другие многоклеточные. Клетки классифицируются как прокариотические или эукариотические. Прокариоты — одноклеточные организмы, у которых отсутствуют органеллы, окруженные мембраной, и ядра, окруженные ядерными мембранами; напротив, клетки эукариот имеют связанные с мембраной органеллы и ядра.

В большинстве многоклеточных организмов клетки объединяются в ткани, представляющие собой группы сходных клеток, выполняющих одну и ту же функцию. Органы представляют собой совокупность тканей, сгруппированных вместе на основе общей функции. Органы есть не только у животных, но и у растений. Система органов – это более высокий уровень организации, состоящий из функционально связанных органов. Например, позвоночные животные имеют много систем органов, таких как система кровообращения, которая переносит кровь по всему телу, а также в легкие и обратно; он включает такие органы, как сердце и кровеносные сосуды. Организмы – это индивидуальные живые существа. Например, каждое дерево в лесу — это организм. Одноклеточные прокариоты и одноклеточные эукариоты также считаются организмами и обычно называются микроорганизмами.

Рис. 1.8. От атома до всей Земли биология исследует все аспекты жизни.

Какое из следующих утверждений неверно?

1. Ткани существуют внутри органов, которые существуют внутри систем органов.
2. Сообщества существуют внутри популяций, существующих внутри экосистем.
3. Органеллы существуют внутри клеток, которые существуют в тканях.
4. Сообщества существуют в экосистемах, существующих в биосфере.

Все особи вида, обитающие в определенной области, вместе называются популяцией. Например, в лесу может быть много белых сосен. Все эти сосны представляют собой популяцию белых сосен в этом лесу. На одной и той же конкретной территории могут проживать разные популяции. Например, лес с соснами включает в себя популяции цветковых растений, а также популяции насекомых и микробов. Сообщество – это совокупность популяций, населяющих определенную территорию. Например, все деревья, цветы, насекомые и другие популяции в лесу образуют лесное сообщество. Лес сам по себе является экосистемой. Экосистема состоит из всех живых существ в определенной области вместе с абиотическими или неживыми частями этой среды, такими как азот в почве или дождевая вода. На высшем уровне организации биосфера представляет собой совокупность всех экосистем и представляет собой зоны жизни на Земле. Он включает землю, воду и части атмосферы.

Область применения биологии очень широка, потому что жизнь на Земле чрезвычайно разнообразна. Источником этого разнообразия является эволюция, процесс постепенных изменений, в ходе которого из старых видов возникают новые. Биологи-эволюционисты изучают эволюцию живых существ во всем, от микроскопического мира до экосистем.

В 18 веке ученый по имени Карл Линней впервые предложил организовать известные виды организмов в иерархическую таксономию. В этой системе виды, наиболее похожие друг на друга, объединяются в группу, известную как род. Более того, сходные роды (множественное число от рода) объединяются в семейство. Эта группировка продолжается до тех пор, пока все организмы не будут собраны вместе в группы на самом высоком уровне. Текущая таксономическая система теперь имеет восемь уровней в своей иерархии, от низшего к высшему, а именно: вид, род, семейство, порядок, класс, тип, царство и область. Таким образом, виды группируются внутри родов, роды группируются в семействах, семейства группируются в отрядах и т. д.

Рис. 1.9 На этой диаграмме показаны уровни таксономической иерархии собак, от самой широкой категории — домена — до самого конкретного — вида.

Верхний уровень, домен, является относительно новым дополнением к системе с 1990-х годов. В настоящее время ученые выделяют три домена жизни: эукариоты, археи и бактерии. Домен Eukarya содержит организмы, имеющие клетки с ядрами. В него входят царства грибов, растений, животных и несколько царств простейших. Археи представляют собой одноклеточные организмы без ядра и включают в себя множество экстремофилов, которые живут в суровых условиях, например, в горячих источниках. Бактерии — еще одна совершенно другая группа одноклеточных организмов без ядер. И археи, и бактерии — прокариоты, неофициальное название клеток без ядра. Признание в 19В 90-е годы тот факт, что определенные «бактерии», ныне известные как археи, генетически и биохимически отличаются от других бактериальных клеток так же, как и от эукариот, мотивировал рекомендацию разделить жизнь на три домена. Это резкое изменение в наших знаниях о древе жизни демонстрирует, что классификации не являются постоянными и будут меняться по мере поступления новой информации.

В дополнение к иерархической таксономической системе Линней был первым, кто назвал организмы, используя два уникальных имени, теперь называемых биномиальной системой именования. До Линнея использование общих названий для обозначения организмов вызывало путаницу, поскольку в этих общих названиях существовали региональные различия. Биномиальные имена состоят из названия рода (с большой буквы) и названия вида (все строчные). Оба имени выделяются курсивом при печати. Каждому виду дается уникальный бином, признанный во всем мире, так что ученый в любом месте может знать, о каком организме идет речь. Например, североамериканская голубая сойка известна как 9.0044 Цианоцита кристата . Наш собственный вид — Homo sapiens .

Рис. 1.10. Эти изображения представляют разные домены. Сканирующая электронная микрофотография показывает (а) бактериальные клетки, принадлежащие к домену Bacteria, а (b) экстремофилы, которые все вместе видны как цветные маты в этом горячем источнике, принадлежат к домену Archaea. И подсолнух (c), и лев (d) являются частью домена Eukarya.

Эволюция в действии

Карл Вёзе и филогенетическое дерево

Эволюционные взаимоотношения различных форм жизни на Земле можно обобщить в виде филогенетического древа. Филогенетическое древо — это диаграмма, показывающая эволюционные отношения между биологическими видами, основанные на сходствах и различиях в генетических или физических признаках или в том и другом. Филогенетическое дерево состоит из точек ветвления или узлов и ветвей. Внутренние узлы представляют предков и являются точками эволюции, когда, основываясь на научных данных, считается, что предок разошелся, образовав два новых вида. Длину каждой ветви можно рассматривать как оценку относительного времени.

В прошлом биологи делили живые организмы на пять царств: животные, растения, грибы, простейшие и бактерии. Однако новаторская работа американского микробиолога Карла Вёзе в начале 1970-х годов показала, что жизнь на Земле развивалась по трем линиям, которые теперь называются доменами — бактерии, археи и эукариоты. Везе предложил этот домен как новый таксономический уровень, а Archaea как новый домен, чтобы отразить новое филогенетическое дерево. Многие организмы, принадлежащие к домену Archaea, живут в экстремальных условиях и называются экстремофилами. Чтобы построить свое дерево, Везе использовал генетические отношения, а не сходство, основанное на морфологии (форме). В филогенетических исследованиях использовались различные гены. Дерево Вёза было построено на основе сравнительного секвенирования генов, которые широко распространены, обнаруживаются в слегка измененной форме в каждом организме, законсервированы (это означает, что эти гены лишь слегка изменились на протяжении эволюции) и имеют соответствующую длину.

Рис. 1.11 Это филогенетическое дерево было построено микробиологом Карлом Вёзе с использованием генетических взаимосвязей. Дерево показывает разделение живых организмов на три домена: бактерии, археи и эукариоты. Бактерии и археи представляют собой организмы без ядра или других органелл, окруженных мембраной, и, следовательно, являются прокариотами.

Посмотреть видео о науке и медицине

Сфера применения биологии широка и поэтому включает множество разделов и поддисциплин. Биологи могут заниматься одной из этих поддисциплин и работать в более узкой области. Например, молекулярная биология изучает биологические процессы на молекулярном уровне, включая взаимодействия между молекулами, такими как ДНК, РНК и белки, а также то, как они регулируются. Микробиология изучает строение и функции микроорганизмов. Это довольно широкая отрасль, и, в зависимости от предмета изучения, среди прочих есть микробные физиологи, экологи и генетики.

Другая область биологических исследований, нейробиология, изучает биологию нервной системы, и, хотя она считается отраслью биологии, она также признана междисциплинарной областью исследований, известной как неврология. Из-за своего междисциплинарного характера эта субдисциплина изучает различные функции нервной системы с использованием молекулярных, клеточных, эволюционных, медицинских и вычислительных подходов.

Рисунок 1.12. Исследователи работают над раскопками окаменелостей динозавров на участке в Кастельоне, Испания.

Палеонтология, еще одна отрасль биологии, использует окаменелости для изучения истории жизни. Зоология и ботаника изучают животных и растения соответственно. Биологи также могут специализироваться в качестве биотехнологов, экологов или физиологов, и это лишь некоторые из областей. Биотехнологи применяют знания биологии для создания полезных продуктов. Экологи изучают взаимодействие организмов в окружающей их среде. Физиологи изучают работу клеток, тканей и органов. Это всего лишь небольшая выборка из многих областей, которыми могут заниматься биологи. От наших собственных тел до мира, в котором мы живем, открытия в биологии могут влиять на нас самым непосредственным и важным образом. Мы зависим от этих открытий для нашего здоровья, наших источников пищи и преимуществ, предоставляемых нашей экосистемой. Из-за этого знание биологии может помочь нам в принятии решений в нашей повседневной жизни.

Развитие технологий в двадцатом веке, которое продолжается и по сей день, особенно технологии описания и манипулирования генетическим материалом, ДНК, изменило биологию. Эта трансформация позволит биологам продолжать более подробно понимать историю жизни, то, как работает человеческое тело, наше человеческое происхождение и то, как люди могут выживать как вид на этой планете, несмотря на стрессы, вызванные нашим растущим числом. Биологи продолжают разгадывать огромные тайны жизни, предполагая, что мы только начали понимать жизнь на планете, ее историю и наше отношение к ней. По этой и другим причинам знания по биологии, полученные с помощью этого учебника и других печатных и электронных средств, должны быть преимуществом в любой области, в которой вы работаете.

Судмедэксперт

Судебная экспертиза — это применение науки для ответа на вопросы, связанные с законом. Биологи, а также химики и биохимики могут быть судебными экспертами. Судебно-медицинские эксперты предоставляют научные доказательства для использования в судах, и их работа включает в себя изучение следов, связанных с преступлениями. За последние несколько лет интерес к криминалистике возрос, возможно, из-за популярных телевизионных шоу, в которых участвуют судебно-медицинские эксперты. Кроме того, развитие молекулярных методов и создание баз данных ДНК обновили виды работы, которую могут выполнять судебно-медицинские эксперты. Их служебная деятельность в основном связана с преступлениями против людей, такими как убийства, изнасилования и нападения. Их работа включает в себя анализ образцов, таких как волосы, кровь и другие биологические жидкости, а также обработку ДНК, обнаруженной во многих различных средах и материалах. Судмедэксперты также анализируют другие биологические доказательства, оставленные на месте преступления, такие как части насекомых или пыльцевые зерна. Студенты, которые хотят продолжить карьеру в области криминалистики, скорее всего, должны будут пройти курсы химии и биологии, а также некоторые интенсивные курсы математики.

Рис. 1.13. Судебно-медицинский эксперт работает в комнате для выделения ДНК в Лаборатории уголовных расследований армии США.

Биология – это наука о жизни. Все живые организмы имеют несколько общих ключевых свойств, таких как порядок, чувствительность или реакция на раздражители, размножение, адаптация, рост и развитие, регуляция, гомеостаз и переработка энергии. Живые существа высоко организованы в соответствии с иерархией, которая включает атомы, молекулы, органеллы, клетки, ткани, органы и системы органов. Организмы, в свою очередь, группируются как популяции, сообщества, экосистемы и биосфера. Эволюция является источником огромного биологического разнообразия на Земле сегодня. Диаграмма, называемая филогенетическим деревом, может использоваться для отображения эволюционных отношений между организмами. Биология очень широка и включает в себя множество разделов и поддисциплин. Примеры включают, среди прочего, молекулярную биологию, микробиологию, нейробиологию, зоологию и ботанику.

атом: основная единица материи, которая не может быть разрушена обычными химическими реакциями

биология: изучение живых организмов и их взаимодействия друг с другом и окружающей их средой

биосфера: совокупность всех экосистем на Земле

клетка: наименьшая фундаментальная единица структуры и функции живых существ

сообщество: совокупность популяций, населяющих определенную территорию

экосистема: все живые существа в определенной области вместе с абиотическими, неживыми частями этой среды

эукариот: организм с клетками, имеющими ядра и мембраносвязанные органеллы постепенное изменение популяции, которое также может привести к возникновению новых видов из более старых видов

гомеостаз: способность организма поддерживать постоянные внутренние условия

макромолекула: большая молекула, обычно образованная соединением более мелких молекул

молекула: химическая структура, состоящая по меньшей мере из двух атомов, связанных друг с другом химической связью

орган: структура, образованная из работающих тканей вместе выполнять общую функцию

система органов: высший уровень организации, состоящий из функционально связанных органов

органелла: мембраносвязанный компартмент или мешок внутри клетки

организм: отдельное живое существо

филогенетическое дерево: диаграмма, показывающая эволюционные отношения между биологическими видами, основанные на сходствах и различиях в генетических или физических признаках или и в том, и в другом в определенной области

прокариот: одноклеточный организм, у которого отсутствует ядро ​​или любая другая мембраносвязанная органелла

ткань: группа подобных клеток, выполняющих одну и ту же функцию

Атрибуция СМИ

• Рисунок 1. 2. Автор Ivengo(RUS) © Public Domain
• Рисунок 1.3. Автор Alex Lomas © CC BY (Attribution)
• Рисунок 1.4 Питера и Рене Лансер © CC BY (С указанием авторства)
• Рисунок 1.5. Автор Дэвид © CC BY (С указанием авторства)
• Рисунок 1.6 Юго-Западный регион Тихоокеанского региона USFWS © CC BY (С указанием авторства)
• Рисунок 1.7 Brian0918 © Public Domain
• Рисунок 1.8
  • «молекула»: модификация работы Джейн Уитни;
  • «органеллы»: модификация работы Луизы Ховард;
  • «клетки»: модификация работы Брюса Ветцеля, Гарри Шефера, Национальный институт рака;
  • «ткань»: модификация работы «Килбад» © Public Domain
  • «органы»: модификация работы Марианы Руис Вильярреал, Жоакима Алвеса Гаспара;
  • «организмы»: модификация работы Питера Даттона;
  • «экосистема»: модификация работы от «gigi479»1 ″ © CC BY (С указанием авторства)
  • «биосфера»: модификация работы НАСА © Public Domain
• Рисунок 1.