Биология. Общая биология. Профильный уровень. 10 класс - Мамонтов Сергей

Биология. Общая биология. Профильный уровень. 10 класс
Екатерина Тимофеевна Захарова

Сергей Григорьевич Мамонтов

Владимир Борисович Захаров

Николай Иванович Сонин


Учебник знакомит учащихся с важнейшими закономерностями живого мира. Он дает представление о происхождении и развитии жизни на Земле, клеточной теории, размножении и развитии организмов, основах генетики и селекции.

Учебник адресован учащимся 10 класса.





В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин, Е. Т. Захарова

Биология. Общая биология. Профильный уровень. 10 класс











Предисловие


Нашему времени свойственна все более возрастающая взаимозависимость людей. Жизнь человека, его здоровье, условия труда и быта почти целиком зависят от правильности решений, принимаемых очень многими людьми. В свою очередь, деятельность отдельного человека также влияет на судьбу многих. Именно поэтому очень важно, чтобы наука о жизни стала неотъемлемой составной частью мировоззрения каждого человека независимо от его специальности. Инженеру-строителю, инженеру-технологу, инженеру-мелиоратору знание биологии необходимо так же, как врачу или агроному, ибо только в этом случае они будут представлять последствия своей производственной деятельности для природы и человека. Необходимы биологические знания и представителям гуманитарных специальностей как важная часть общечеловеческого культурного наследия. Действительно, во все века вокруг знаний о живой природе пели споры философов и богословов, ученых и шарлатанов. Представления о сущности жизни послужили основой многих мировоззренческих концепций.

Цель авторов данной книги – дать представление о структуре живой материи, наиболее общих ее законах, познакомить с многообразием жизни и историей ее развития на Земле. Особое внимание уделено анализу взаимоотношений между организмами и условиями устойчивости экологических систем. Большое место в ряде разделов отведено изложению общебиологических закономерностей как наиболее трудных для понимания. В других разделах приведены только самые необходимые сведения и понятия.

Широк круг вопросов, с которыми вы познакомитесь при чтении данной книги. Однако не все из них могли быть достаточно подробно освещены. Это не случайно – сложность и многообразие жизни столь велики, что одни ее явления мы только начинаем понимать, а другие еще ждут изучения. В этой книге лишь затронуты важные вопросы организации живых систем, их функционирование и развитие. Для более подробного знакомства с теми или иными вопросами биологии в конце учебника дан список дополнительной литературы.

Учебный материал в книге состоит из разделов, включающих главы; внутри большинства глав имеется, как правило, несколько параграфов, в которых рассматриваются те или иные конкретные темы. В завершение параграфа приведено резюме на английском языке. В качестве дополнительного учебного материала в текст пособия включены небольшие двуязычные словари, позволяющие изучить биологическую терминологию на русском и английском языках и повторить пройденный материал. Рубрики «Опорные точки» и «Вопросы для повторения» позволят вам еще раз обратить внимание на важнейшие положения пройденного материала. Используя словарный запас словаря и резюме, вы сможете без особого труда перевести на английский язык текст «Опорных точек». Рубрика «Вопросы для обсуждения» содержит два-три вопроса, для ответа на которые в ряде случаев необходимо привлечение дополнительной литературы. Их можно использовать для факультативного или углубленного изучения темы. С этой же целью в конце каждой главы обозначены «Проблемные области» и «Прикладные аспекты» изученного учебного материала.

Завершает каждую главу перечень основных положений, необходимых для запоминания, а также задания для самостоятельной работы на основе полученных знаний.

Авторы выражают благодарность М. Т. Григорьевой за подготовку английского текста, а также Ю. П. Дашкевичу, профессору Н. М. Черновой и доктору медицинских наук А. Г. Мустафину за ценные замечания, сделанные ими при подготовке второго издания.



    Академик РАЕН, профессор В. Б. Захаров




Введение


Биология – наука о жизни. Ее название возникло из сочетания двух греческих слов: bios (жизнь) и logos (слово, учение). Биология изучает строение, проявления жизнедеятельности, среду обитания всех живых организмов: бактерий, грибов, растений, животных, человека.

Живое на Земле представлено необычайным разнообразием форм, множеством видов живых существ. В настоящее время уже известно около 600 тыс. видов растений, более 2,5 млн видов животных, большое количество видов грибов и прокариот, населяющих нашу планету. Ученые постоянно обнаруживают и описывают новые виды, как существующие в современных условиях, так и вымершие в минувшие геологические эпохи.

Раскрытие общих свойств живых организмов и объяснение причин их многообразия, выявление связей между строением и условиями окружающей среды относятся к основным задачам биологии. Важное место в этой науке занимают вопросы возникновения и законы развития жизни на Земле – эволюционное учение. Понимание этих законов является основой научного мировоззрения и необходимо для решения практических задач.

Биологию подразделяют на отдельные науки по предмету изучения.

Так, микробиология изучает мир бактерий; ботаника исследует строение и жизнедеятельность представителей царства растений; зоология – царства животных и т. д. Вместе с тем развиваются области биологии, изучающие общие свойства живых организмов: генетика – закономерности наследования признаков, биохимия – пути превращения органических молекул, экология – взаимоотношения популяций с окружающей средой. Функции живых организмов изучает физиология.

В соответствии с уровнем организации живой материи выделились такие научные дисциплины, как молекулярная биология, цитология – учение о клетке, гистология – учение о тканях и т. д.

Биология использует самые различные методы. Один из важнейших – исторический, служащий основой осмысления получаемых фактов. К традиционным относится описательный метод; широко используются инструментальные методы: микроскопия (светооптическая и электронная), электрография, радиолокация и др.

В самых различных областях биологии все больше возрастает значение пограничных дисциплин, связывающих биологию с другими науками – физикой, химией, математикой, кибернетикой и др. Так возникли биофизика, биохимия, бионика.

Возникновение жизни и функционирование живых организмов обусловлены естественными законами. Познание этих законов позволяет не только составить точную картину мира, но и использовать их для практических целей.

Достижения биологии последнего времени привели к возникновению принципиально новых направлений в науке, ставших самостоятельными разделами в комплексе биологических дисциплин. Так, раскрытие молекулярного строения структурных единиц наследственности (генов) послужило основой для создания генной инженерии. С помощью ее методов создают организмы с новыми, в том числе и с не встречающимися в природе, комбинациями наследственных признаков и свойств. Практическое применение достижений современной биологии уже в настоящее время позволяет получать промышленным путем значительные количества биологически активных веществ.

На основе изучения взаимоотношений между организмами созданы биологические методы борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур. Многие приспособления живых организмов послужили моделями для конструирования эффективных искусственных сооружений и механизмов. В то же время незнание или игнорирование законов биологии приводит к тяжелым последствиям как для природы, так и для человека. Настало время, когда от поведения каждого из нас зависит сохранность окружающего мира. Хорошо отрегулировать двигатель автомобиля, предотвратить сброс ядовитых отходов в реку, предусмотреть в проекте гидроэлектростанции обводные каналы для рыбы, удержаться от желания собрать букет полевых цветов – все это позволит сохранить окружающую среду, среду нашей жизни.

Исключительная способность живой природы к восстановлению создала иллюзию ее неуязвимости к разрушительным воздействиям человека, безграничности ее ресурсов. Теперь мы знаем, что это не так. Поэтому вся хозяйственная деятельность человека сейчас должна строиться с учетом принципов организации биосферы.

Значение биологии для человека огромно. Общебиологические закономерности используются при решении самых разных вопросов во многих отраслях народного хозяйства. Благодаря знанию законов наследственности и изменчивости достигнуты большие успехи в сельском хозяйстве при создании новых высокопродуктивных пород домашних животных и сортов культурных растений. Ученые вывели сотни сортов зерновых, бобовых, масличных и других культур, отличающихся от предшественников высокой продуктивностью и другими полезными качествами. На основе этих знаний проводится селекция микроорганизмов, продуцирующих антибиотики.

Большое значение в биологии придается решению проблем, связанных с выяснением тонких механизмов биосинтеза белка, тайн фотосинтеза, которые откроют путь синтезу органических пищевых веществ вне растительных и животных организмов. Кроме того, использование в промышленности (в строительстве, при создании новых машин и механизмов) принципов организации живых существ (бионика) приносит в настоящее время и даст в будущем значительный экономический эффект.

В дальнейшем практическое значение биологии еще больше возрастет. Это связано с быстрыми темпами роста населения планеты, а также с постоянно возрастающей численностью городского населения, непосредственно не участвующего в сельскохозяйственном производстве. В такой ситуации основой увеличения количества пищевых ресурсов может быть лишь интенсификация сельского хозяйства. Важную роль в этом процессе будет играть выведение новых высокопродуктивных форм микроорганизмов, растений и животных, а также рациональное, научно обоснованное использование природных богатств.




Раздел 1. Происхождение и начальные этапы развития жизни на Земле








Человек всегда стремился познать окружающий его мир и определить то место, которое он в нем занимает. Как возникли современные животные и растения? Что привело к их поразительному разнообразию? Каковы причины исчезновения фауны и флоры далеких от нас времен? Каковы дальнейшие пути развития жизни на Земле? Вот лишь несколько вопросов из того огромного количества загадок, решение которых всегда волновало человечество. Одна из них – самое начало жизни. Вопрос о происхождении жизни во все времена, на протяжении всей истории человечества имел не только познавательный интерес, но и огромное значение для формирования мировоззрения людей.









Глава 1. Многообразие живого мира. Основные свойства живой материи



Полна, полна чудес могучая природа.

    А. С. Пушкин

Первые живые существа появились на нашей планете около 3 млрд лет назад. От этих ранних форм возникло бесчисленное множество видов живых организмов, которые, появившись, процветали в течение более или менее продолжительного времени, а затем вымирали. От ранее существовавших форм произошли и современные организмы, образующие четыре царства живой природы: более 2,5 млн видов животных, 600 тыс. видов растений, значительное количество разнообразных грибов, а также множество прокариотических организмов.

Мир живых существ, включая человека, представлен биологическими системами различной структурной организации и разного уровня соподчинения, или согласованности. Известно, что все живые организмы состоят из клеток. Клетка, например, может быть и отдельным организмом, и частью многоклеточного растения или животного. Она бывает довольно просто устроенной, как бактериальная, или значительно более сложно, как клетки одноклеточных животных – Простейших. Как бактериальная клетка, так и клетка Простейших представляет целый организм, способный выполнять все функции, необходимые для обеспечения жизнедеятельности. А вот клетки, входящие в состав многоклеточного организма, специализированы, т. е. могут осуществлять только одну какую-либо функцию и не способны самостоятельно существовать вне организма. У многоклеточных организмов взаимосвязь и взаимозависимость многих клеток приводит к созданию нового качества, неравнозначного простой их сумме. Элементы организма – клетки, ткани и органы – в сумме еще не представляют собой целостный организм. Лишь соединение их в исторически сложившемся в процессе эволюции порядке, их взаимодействие, образует целостный организм, которому присущи определенные свойства.




1.1. Уровни организации живой материи


Живая природа представляет собой сложно организованную иерархическую систему (рис. 1.1). Ученые-биологи на основании особенностей проявления свойств живого выделяют несколько уровней организации живой материи.


1. Молекулярный

Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, функционирует на уровне взаимодействия биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др.


2. Клеточный

Клетка – структурная и функциональная единица, а также единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Неклеточных форм жизни нет, а существование вирусов лишь подтверждает это правило, так как они могут проявлять свойства живых систем только в клетках.






Рис. 1.1. Уровни организации живой материи (на примере отдельного организма). Организм, как и вся живая природа, построен по иерархическому принципу


3. Тканевый

Ткань представляет собой совокупность сходных по строению клеток и межклеточного вещества, объединенных выполнением общей функции.


4. Органный

У большинства животных орган – это структурно-функциональное объединение нескольких типов тканей. Например, кожа человека как орган включает эпителий и соединительную ткань, которые вместе выполняют целый ряд функций. Среди них наиболее важная – защитная.


5. Организменный

Организм представляет собой целостную одноклеточную или многоклеточную живую систему, способную к самостоятельному существованию. Многоклеточный организм образован совокупностью тканей и органов, специализированных на выполнении различных функций.


6. Популяционно-видовой

Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования.


7. Биогеоценотический

Биогеоценоз – совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами конкретной среды их обитания – компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы. Он включает: неорганические и органические вещества, автотрофные и гетеротрофные организмы. Основные функции биогеоценоза – аккумуляция и перераспределение энергии.


8. Биосферный

Биосфера – самый высокий уровень организации жизни на нашей планете. В ней выделяют живое вещество – совокупность всех живых организмов, неживое, или косное, вещество и биокосное вещество. По ориентировочным оценкам биомасса живого вещества составляет около 2,5?10


т. Причем биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2 % представлена зелеными растениями. На биосферном уровне происходят круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.



Summary

Every living organism represents a multilevel system with a different rate of complexity and coordination. All the signs of vital activity – metabolism, transformation of energy, and transference of genetic information – start with interactions of macromolecules. However, only the cell, where the processes of interactions between molecules are in the spatial order, can be considered as structural and function as a unit of living organisms. In multicellular bodies coordinated activity of many cells enables the appearance of qualitatively new formations – tissues and organs, specialized to definite functions of the organism.




Опорные точки

1. Органические молекулы составляют основную массу сухого вещества клетки.

2. Нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение и передачу наследственной информации во всех клетках.

3. В основе процессов метаболизма лежат взаимодействия органических молекул друг с другом.

4. Клетка является наименьшей структурно-функциональной единицей организации живых организмов.

5. Возникновение тканей и органов у многоклеточных животных и растений ознаменовало специализацию частей организма по выполняемым функциям.

6. Интеграция органов в системы привела к еще большему усилению функций организма.




Вопросы для повторения и задания

1. Что такое органические молекулы и какова их роль в обеспечении процессов метаболизма в живых организмах?

2. В чем заключаются принципиальные различия клеток живых организмов, относящихся к различным царствам природы?

3. В чем сущности цитологических, гистологических и анатомических методов исследования живой материи?

4. Что называют биогеоценозом?

5. Как можно охарактеризовать биосферу Земли?

6. Какие метаболические процессы протекают на уровне биосферы?



Читать бесплатно другие книги:

Для советских людей обвал социалистической системы стал одновременно абсолютной неожиданностью и чем-то вполне закономер...
Книга посвящена истории повседневной жизни советского человека с 1917 г. до конца советской эпохи – начала 1990?х гг. Зд...
Это первая книга, написанная в диалоге с замечательным художником Оскаром Рабиным и на основе бесед с ним. Его многочисл...
Евгений Шкловский – один из наиболее интересных современных рассказчиков, автор книг «Заложники» (1996), «Та страна» (20...
В своей новой книге Александр Стесин возвращается в Африку – на этот раз в Египет и Эфиопию. Во время непредсказуемой по...
Стоимость корпораций важна в нашем обществе для каждого. От нее зависит наше будущее, поскольку в рынок акций вкладывает...