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

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

Сергей Григорьевич Мамонтов

Владимир Борисович Захаров

Николай Иванович Сонин


Вертикаль (Дрофа)
Учебник соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту среднего (полного) общего образования и рассчитан на преподавание предмета 3—5 часов в неделю.

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. Углублённый уровень. 10 класс





Предисловие


Для нашего времени свойственна всё более возрастающая взаимозависимость людей. Жизнь человека, его здоровье, условия труда и быта почти целиком зависят от правильности решений, принимаемых 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. Необходимы биологические знания и представителям гуманитарных специальностей, как важная часть общечеловеческого культурного наследия.

Особенно важно понимание общих закономерностей биологии школьникам и лицеистам, решившим посвятить свою дальнейшую деятельность экологическим, биологическим и медицинским проблемам. Дело в том, что современные достижения биологических наук, основанные на новейших технологических решениях, уже не могут быть осмыслены обладателями базовых биологических знаний.

Широк круг вопросов, с которыми вы познакомитесь при чтении данной книги. Однако не все из них достаточно подробно освещены. Это не случайно – сложность и многообразие жизни столь велики, что одни её явления мы только начинаем понимать, а другие ещё ждут изучения.

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 качестве дополнительного учебного материала в текст пособия включены рубрики «Опорные точки» и «Вопросы и задания для повторения», которые позволят вам ещё раз обратить внимание на важнейшие положения пройденного материала. Рубрика «Вопросы и задания для обсуждения» содержит два-три вопроса, для ответа на которые в ряде случаев необходимо привлечение дополнительной литературы. Их можно использовать для факультативного 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, рубрика «Ваша будущая профессия», а также задания для самостоятельной работы.

В 10 классе вам предстоит изучение основ клеточной биологии, биологии развития и генетики. В этой книге рассказывается о новых достижениях современной биологии в области молекулярной биологии и генетики, биотехнологии и генетической инженерии.

Авторы выражают благодарность академику РАМН, профессору В. Н. Ярыгину за поддержку их творческих усилий, а также Ю. П. Дашкевичу, профессору А. Г. Мустафину и А. В. Буслаеву за ценные замечания, сделанные ими при подготовке настоящего издания.



    Академик РАЕН, профессор В. Б. Захаров




Введение


Биология – наука о жизни. Её 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, в том числе и человека.

Живое на Земле представлено необычайным разнообразием форм, множеством видов живых существ. В настоящее время уже известно более 500 тыс. видов растений, 1,5–2 млн видов животных, большое количество видов грибов и прокариот. Учёные 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 структурно-функциональной организацией 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. Их понимание является основой научного мировоззрения и необходимо для решения практических задач в самых различных областях человеческой деятельности.

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 организмов друг с другом и с окружающей средой. Функции живых организмов изучает физиология.

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

В биологии используются самые различные методы. Один из важнейших методов – исторический, он служит основой осмысления получаемых фактов. К традиционным относится описательный метод. Широко используются инструментальные методы: микроскопия (светооптическая и электронная), электрография, радиолокация и др.

В последнее время всё больше возрастает значение пограничных дисциплин, связывающих биологию с другими науками – физикой, химией, математикой, кибернетикой и др. Так возникли биофизика, биохимия, бионика.

Достижения биологии конца XX – начала XXI в. привели к возникновению принципиально новых направлений в науке, ставших самостоятельными разделами в комплексе биологических дисциплин. Так, раскрытие молекулярного строения структурных единиц наследственности – генов (международный проект «Геном человека», 2003) – послужило основой для создания геномики и генной инженерии. С помощью их 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 путём значительные количества биологически активных веществ, генетически модифицированных организмов с полезными для человека качествами. Исследования в области нанобиологии и наномедицины, биологии стволовых клеток показали принципиальную возможность репрограммирования специализации клеток и получения в лабораторных условиях из клеточного материала данного организма тканей и даже органов, необходимых для замены «износившихся» или поражённых заболеванием частей организма. Расшифровка механизмов регуляции восстановительных процессов в скором времени приведёт к возможности восстановления частей утраченных при травме конечностей и поражённых патологическим процессом органов и тканей.

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 тяжёлым 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 редких цветов – всё это позволит сохранить окружающую среду, среду нашей жизни.

Исключительная способность живой природы к восстановлению создала иллюзию её неуязвимости к разрушительным воздействиям человека, безграничности её ресурсов. Теперь мы знаем, что это не так. Поэтому вся хозяйственная деятельность человека сейчас должна строиться с учётом 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. Учёные вывели сотни сортов зерновых, бобовых, масличных и других культур, отличающихся от предшественников высокой продуктивностью и другими полезными качествами. Помимо этого проводится селекция микроорганизмов, продуцирующих антибиотики. Современные достижения генетики привели к развитию генодиагностики и генотерапии наследственных заболеваний человека.

Большое значение в биологии придаётся решению проблем, связанных с выяснением тонких механизмов биосинтеза белка, фотосинтеза, которые дадут возможность синтезировать органические пищевые вещества вне растительных и животных организмов. Кроме того, использование в промышленности (в строительстве, при создании новых машин и механизмов) принципов организации живых существ (бионики) приносит в настоящее время и даст в будущем значительный экономический эффект.

В дальнейшем практическое значение биологии ещё больше возрастёт. 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 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 нём занимает. Как возникли современные животные и растения? Что привело к их поразительному разнообразию? В чём причины исчезновения фауны и флоры далёких от нас времён? 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. Н. Островский

Первые живые существа появились на нашей планете более 3,6–3,8 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: 1,5–2 млн видов животных, более 500 тыс. видов растений, значительное количество разнообразных грибов и прокариотических организмов.








Мир живых существ, включая человека, представлен биологическими системами различной структурной организации и разного уровня соподчинения и согласованности. Известно, что все живые организмы состоят из клеток. Клетка может быть как отдельным организмом, так и частью многоклеточного растения или животного. Она бывает довольно просто устроена, как бактериальная, или значительно более сложно, как у одноклеточных животных – простейших. Как бактериальная клетка, так и клетка простейших представляет собой целостный организм, способный выполнять все функции, необходимые для обеспечения жизнедеятельности. А вот клетки, входящие в состав многоклеточного организма, специализированы, т. е. могут осуществлять только узкий круг задач 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 ещё не представляют собой целостный организм. Лишь соединение их в исторически сложившемся в процессе эволюции порядке, их взаимодействие образует целостный организм, которому присущи определённые свойства.




1.1. Уровни организации живой материи


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

Молекулярно-генетический уровень. 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. На этом уровне начинается осуществление важнейших процессов жизнедеятельности организма: обмена веществ и превращения энергии, хранения и реализации наследственной информации, передачи признаков и свойств из поколения в поколение и др.

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

Тканевый уровень. Ткань представляет собой совокупность клеток различных типов и межклеточного вещества, объединённых выполнением общих функций. Например, кровь включает в себя клеточные элементы – эритроциты, лейкоциты и тромбоциты, а межклеточным веществом служит плазма.

Органный уровень. У большинства животных орган – это структурно-функциональное объединение нескольких типов тканей, пространственно-изолированное от других органов, занимающее определённое место в организме и выполняющее целый ряд определённых функций. Например, кожа человека как орган включает эпителий и соединительную ткань – дерму, которые вместе выполняют целый ряд функций. Основная из функций – защитная. Органы объединены в системы. Например, выделяют сердечно-сосудистую, мочеполовую, пищеварительную, дыхательную системы органов.

Организменный уровень. Организм представляет собой целостную одноклеточную или многоклеточную живую систему, способную к самостоятельному существованию, интегрированную в сообщество себе подобных и неразрывно связанную с абиотическими и биотическими факторами окружающей среды. Одноклеточный организм, как следует из названия, представлен одной клеткой. Это все прокариоты, а из эукариот – одноклеточные растения (хлорелла), животные (амёба) и грибы (пенициллиум). Многоклеточный организм образован совокупностью тканей и органов, выполняющих наборы специфических функций.

Популяционно-видовой уровень. Вид представляет собой систему надорганизменного уровня. Видом принято считать совокупность особей, сходных по структурно-функциональной организации, единых по происхождению, сходных в своих поведенческих реакциях, имеющих одинаковый кариотип, занимающих определённый ареал обитания, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство, а также взаимодействующих определённым образом с факторами среды обитания и представителями других видов.

Вид реально существует в форме популяций – отдельных групп организмов, частично или полностью изолированных от других таких же совокупностей организмов своего вида. Именно в этой системе осуществляются элементарные эволюционные преобразования.

Биогеоценотический уровень. Биогеоценоз – совокупность живых организмов разного уровня организации, проживающих на одной территории, и факторов окружающей среды, влияющих на них. В биогеоценозе выделяют два компонента: биоценоз и экотоп. Под биоценозом понимают совокупность живых организмов различных систематических групп, обитающих на одной территории. Экотоп представляет собой совокупность факторов среды, воздействующих на биоценоз.

Биосферный уровень.



Читать бесплатно другие книги:

Злая фея жаждет мести за обиду, нанесенную ей четыреста лет назад. А тут еще и новое оскорбление: ее не пригласили на кр...
Леонск – город на Волге, неподалеку от Астрахани. Он возник в XVIII веке, туда приехали немцы, а потом итальянцы из Вене...
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...