ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОУ ВПО «ВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНЖЕНЕРНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Е.В. КОНДРАТЮК
БИОЛОГИЯ
ОРГАНИЗАЦИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ,
И САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
Учебно-методическое пособие
Нижний Новгород
2006
ББК 28.0:
К-64
К-64 Кондратюк Е.В. Биология: организация практических занятий, лабораторных работ и самостоятельной работы студентов: Учебно-методическое пособие. – Н. Новгород: ВГИПУ, 2006. – 128 с.
Рецензенты:
Кандидат биологических наук, доцент Максимова Надежда Львовна (Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет)
Кандидат медицинских наук Воропаев Алексей Алексеевич (Волжский государственный инженерно-педагогический университет).
Настоящее пособие состоит из трёх разделов: первый раздел – темы практических занятий; второй раздел – задания для самостоятельной работы, третий раздел – лабораторные работы. Для подготовки к практическим занятиям, выполнения самостоятельных и лабораторных работ приводятся соответствующие методические указания. В пособие включены задачи по соответствующим разделам курса, вопросы для самоподготовки, отдельные дополнительные теоретические и справочные материалы по биологии.
Учебное пособие предназначено для студентов Волжского государственного инженерно-педагогического университета, обучающихся по специальности 013400 – «Менеджмент и маркетинг в природопользовании».
© Е.В. Кондратюк, 2006
© ВГИПУ, 2006
Введение
Настоящее учебно-методическое пособие разработано для студентов специальности: 013400 – «Менеджмент и маркетинг в природопользовании». Пособие предназначено для организации практических занятий, лабораторных работ и самостоятельной работы студента по учебной дисциплине «Биология».
Вскрываемые биологией объективные закономерности живой природы – важнейшая составная часть современного естествознания. Она служит основой медицинских, сельскохозяйственных и экологических наук. Для эколога-природопользователя биологические знания являются фундаментом в понимании общеэкологических проблем планеты, основ природоохранной деятельности, а также тех локальных экологических проблем, которые постоянно возникают при производственной и бытовой деятельности человека и в значительной степени оказывают действие на среду обитания и Природу в целом.
Настоящее пособие разработано так, чтобы студенты, обучающиеся по специальности 013400 – «Менеджмент и маркетинг в природопользовании», пользуясь учебной, научной и справочной литературой, лекционным материалом, получили основополагающие знания по общей биологии, необходимые им как для изучения специальных экологических дисциплин, так и для профессиональной деятельности в будущем.
В пособии приводятся дополнительные справочные и теоретические материалы, которые необходимо изучить и использовать при подготовке к практическим занятиям, выполнении лабораторных и самостоятельных работ; приводятся примеры решения задач по разным разделам курса. Приводимый в пособии теоретический и справочный материал необходим для подготовки к практическим, лабораторным занятиям и выполнения самостоятельной работы.
Практические занятия, необходимы, чтобы студенты самостоятельно изучили теоретический материал и подготовили сообщения по предлагаемым к свободному обсуждению учебным вопросам. Студенту при этом следует самостоятельно проанализировать и систематизировать полученную информацию, сделать выводы. На практических занятиях каждый вопрос рассматривается, обсуждается, уточняются все ключевые моменты и основные положения, законы.
Самостоятельная работа представляет собой выполнение самостоятельных работ – заданий и составление отчета. Эту работу студент делает во внеаудиторное время. Преподаватель проводит консультации, устанавливает сроки выполнения каждого из заданий, контролирует правильность исполнения и оценивает их.
Лабораторные работы проводятся в аудиторное время, подготовка к работе осуществляется студентом самостоятельно. Она включает: проработку соответствующего теоретического материала; подготовку необходимого биологического материала; оформление задания на работу в лабораторной тетради с указанием названия работы, цели, задачи, хода выполнения работы. Преподаватель проверяет работу и сделанные в результате выводы и/или заключения.
В ходе изучения курса «Биология» предусмотрены следующие формы контроля знаний:
- входной контроль знаний по биологии в объёме средней школы с целью выявления уровня довузовской подготовки;
- текущая оценка степени подготовки студента к практическим занятиям;
- контрольные работы или тестирование по индивидуальным карточкам по итогам изучения разделов курса;
- оценка результатов самостоятельной работы;
- защита лабораторных работ;
- зачёт и экзамен.
В заключении пособия приводятся вопросы для самоподготовки.
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
Темы практических занятий и вопросы для изучения приводятся в настоящем пособии. Тема очередного занятия сообщается во время предыдущего занятия. Каждое занятие предусматривает обсуждение отдельной темы раздела курса, по поставленным вопросам. Некоторые теоретические вопросы кратко рассматриваются в настоящем пособии, для полного их рассмотрения необходимо обязательно использовать соответствующую литературу.
Подготовка к практическому занятию заключается в том, что студент самостоятельно изучает соответствующую тему, готовит ответы на вопросы. Для этого использует рекомендованную учебную литературу (список приводится к каждому занятию). В связи с тем, что в настоящее время имеется большое количество литературы как по общей биологии, так и отдельным её разделам, можно при подготовке пользоваться и другими источниками, имеющимися в библиотеках, но с обязательной ссылкой. Допускается использование публикаций и сообщений в средствах массовой информации, сведений из сети Интернет с обязательной ссылкой на источник.
Студент составляет краткий конспект в соответствии с планом, где отражает основные положения, позволяющие рассмотреть поставленный вопрос.
В плане ответа необходимо предусмотреть следующее;
- сформулировать задачу, проблему, определить направление доклада;
- выделить главные положения (сформулировать определения, законы);
- выделить ключевые понятия, слова и дать им определения;
- подобрать соответствующие примеры, сделать, если необходимо, рисунки, графики, схемы;
- сделать выводы или сформулировать главные положения.
Студент на занятии при ответе на вопрос должен отвечать свободно, при этом допускается использование конспекта, но не чтение. Выступление должно быть логически выстроено, время изложения вопроса не должно превышать 10-12 минут. При использовании демонстрационных материалов (схем, рисунков, диаграмм, графиков и т.п.) необходимо заранее предупредить преподавателя и подготовить их демонстрацию (нарисовать рисунок или начертить график на доске, найти иллюстрации в соответствующей книге, сделать тематическую подборку файлов в ПК и т.п.). Приводимые примеры должны быть знакомы, легко объяснимы, соответствовать теме доклада. После сообщения докладчик отвечает на заданные вопросы, уточняет или даёт пояснения по отдельным моментам. Все студенты активно участвуют в обсуждении вопроса, дополняют ответ, вносят поправки или уточнения, задают вопросы. Активность учитывается при сдаче зачёта и экзамена.
Конспект позволит подготовиться не только к практическому занятию, но и к контрольной работе, тесту, зачёту и экзамену. В составленный конспект во время обсуждения вопроса при необходимости вносят поправки, уточнения, замечания и т. п.
Занятие 1
Развитие и становление биологической науки
Вопросы:
1. Биологические знания и их роль в развитии общества.
2. Выдающиеся учёные-биологи прошлого.
3. Вклад российских учёных в развитие биологической науки.
4. Биология на современном этапе развития.
Биология изучает жизнь, представляет собой совокупность знаний о животных, растениях и микроорганизмах, вскрывает закономерности жизни и развития живых организмов. Название науки происходит от двух греческих слов: bios (био) – жизнь… – в сложных словах указывает на отношение данного слова к жизни, жизненным процессам, + logos – наука, учение, знание. Данное понятие является в какой то мере абстрактным, так как привести простое, чёткое определение жизни как реально существующего явления пока не в состоянии ни биологи, ни философы, последние определяют жизнь как особую форму существования и движения материи.
Живой мир сложен и разнообразен. Человек часть этого мира, его возникновение в прошлом и существование сегодня невозможно представить в отрыве от всего живого на планете. Накопление знаний о живой природе, их использование обеспечили не только элементарное выживание человека в доисторический период, но и способствовали развитию общества от первобытного человеческого стада до современной цивилизации. В наше время развитие и углубление биологических знаний их связь с практикой приобретает всё большее значение для выживания человечества в будущем.
Многообразие форм жизни настолько велико, что современная биология представляет собой комплекс наук, значительно отличающихся одна от другой, но их всех объединяет то, что, все они связаны с изучением живого, подчиняющегося одним и тем же законам образования и существования. Все биологические науки теснейшим образом принадлежат к единому комплексу естественных наук и связаны с физикой, химией, математикой, геологией, географией. Биологические законы и явления подчиняются строгим математическим закономерностям.
Основная задача биологии – широкое распространение биологических знаний, определение верных материалистических представлений о зарождении жизни на Земле, месте человека и других живых организмов в природе, их взаимосвязи. Сохранение качества жизни, природной среды, сведение к минимуму негативных последствий производственно-хозяйственной деятельности, охрана здоровья населения планеты и сохранения всех форм жизни на ней становится делом не только специалистов – биологов, но и каждого человека независимо от сферы его профессиональной деятельности.
Учёные – биологи
Карл Линней (1707 – 1778 гг.), – шведский натуралист. Родился в семье сельского священника. После окончания гимназии поступил в университет сначала в городе Лунде, а позже в Упсале, намереваясь получить профессию врача. В 23 года начал преподавать в качестве помощника одного из профессоров университета.
В 1732 г. весной по заданию Упсальского научного общества исследовал природу Лапландии – северной части Скандинавского полуострова, где собирал в горах образцы растений и минералов. По возвращении К. Линней напечатал свой первый труд – книгу «Флора Лапландии», продолжая работать в университете. Для получения учёной степени, чтобы иметь возможность читать лекции, он вынужден был поехать в Голландию для получения степени доктора медицины. Через несколько лет К. Линней вернулся на родину не только доктором медицины, но и ботаником с европейским именем, успевшим издать за границей несколько книг, принесших ему славу.
Вначале жизнь на родине оказалась полной лишений, но постепенно наладилась. К. Линней получил кафедру в университете в Упсале, появились студенты, ему отовсюду присылали коллекции растений и животных. Постепенно молодой натуралист перестал заниматься врачебной практикой. В 1749 г. вышла его книга «Вещества в медицине», где были описаны известные автору лекарственные растения, изготовление из них лекарств и области их применения. Большим успехом пользовались его книги о врачебном питании и гигиене. К. Линней был изобретателем термометра, который известен под неверным названием «термометра Цельсия».
Ещё студентом К. Линней собирал растения, изучал их, эти и дальнейшие исследования позволили ему впоследствии написать знаменитую работу «Система природы» (учёному было всего 28 лет, причём переиздавалась работа 12 раз). Весь растительный мир был разделён на 24 класса, классы – на порядки. Следует признать, что эта система классификации не была совершенной, так как в один класс попали растения не являющиеся родственными, а сходные лишь по внешним признакам. Система классификации была искусственной, но, будучи прирождённым классификатором, К. Линней, сам вносил поправки, перемещая растения из класса в класс, от этого она не улучшилась, хотя и просуществовала не один десяток лет. Однако при всех недостатках её ценность заключалась в том, что она позволяла разобраться в том огромном многообразии видов, которое уже было известно науке.
К. Линней первым ввел в научный обиход бинарную номенклатуру – научное наименование животных и растений, – которая сводится к тому, что каждому виду животного или растения даётся только одному ему свойственное научное название, состоящее из двух слов: родовое название (имя существительное) и видового (обычно прилагательного). Название вида постоянно, не может быть заменено другим и при описании вид должен быть назван именно так, а не иначе. Два вида в одном роде этом не могут носить одно название, разные роды также не могут носить одно название. Введение бинарной номенклатуры устранило невероятную путаницу, которая до этого существовала. Шведский натуралист, составив классификацию животных и растений, впоследствии объединил схожие роды в отряды и классы (у животных – шесть классов), хотя при этом также не избежал ошибок (всех животных, откладывающих яйца и покрытых перьями, отнёс в класс птиц). К. Линней не только составил классификацию, но и ввёл в биологическую науку, что до него никому из учёных – натуралистов не удавалось.
К. Линней заметил много общих признаков у человекообразных обезьян и человека, поэтому объединил их в одну группу, назвал её «приматами» («князьями»), поставив их во главу класса млекопитающих. При этом он не считал человека кровной роднёй обезьяны, а просто находил между ними большое сходство.
К. Линней не был эволюционистом, но и не был ярым последователем церковного учения о сотворении животных и растений. Он считал, что современные виды не созданы богом – они порождены природой, но исходные формы предков, из которых образовались отряды, создал бог, и число этих сотворённых видов равно116 по числу отрядов. Кроме биологии К. Линней занимался изучением минералов, руд, палеонтологией; к нему приезжали для обучения отовсюду, в том числе и из России (аттестат, выданный Карлом Линнеем, получил ставший в конце XVІІІ в. профессором Московского университета Афонин).
Александр Онуфриевич Ковалевский (1840 – 1901 гг.) – русский эмбриолог. Владимир Онуфриевич Ковалевский (1842 – 1883 гг.) – русский палеонтолог и геолог. Братья Ковалевские родились в семье помещиков Витебской губернии. За их работой внимательно следил знаменитый английский натуралист Чарльз Дарвин, их научные труды имели огромное значение для обоснования его учения.
Старший брат по настоянию отца поступил в Институт инженеров путей сообщения, младший обучался в школе, готовившей юристов и чиновников-администраторов. Однако тяга к изучению живой природы у Александра Онуфриевича была столь велика, что, нарушив волю отца, он оставил институт и перешёл на естественное отделение физико-математического факультета Петербургского университета.
А.О. Ковалевский, изучая ранние стадии развития зародышей самых различных животных, выявил у зародышей сходство, доказывающее единство происхождения и родственную близость, его исследования помогли установить родственные связи между различными группами животных, показать конкретные пути развития животного мира.
В.О. Ковалевский – гениальный палеонтолог – самоучка, один из последователей учения Жоржа Кювье. Он внес в палеонтологию много новых идей. В то время эта наука занималась в основном лишь описанием ископаемых останков животных. Изучая кости ископаемых животных, он показал, каким образом нужно их изучать, чтобы восстановить по ним историю развития животных.
Изучая найденные Жоржем Кювье кости предка лошади анхитерия, учёный сумел воссоздать его облик. В 1873 г. вышла первая работа В.О. Ковалевского об анхитерии и других предках лошади. Эта работа была представлена им в качестве диссертации в Петербургский университет, где в 1875 г. он получил степень магистра. В области палеонтологии гениальный русский учёный – самоучка сделал ряд замечательных открытий.
Исследования В.О. Ковалевского подтверждали эволюционную теорию Ч.Р. Дарвина, кроме того, было установлено, что относительная целесообразность строения организма вырабатывается в связи с определёнными условиями среды. Достигается такая целесообразность разными путями – глубокими и неглубокими изменениями в строении организма. Это основное положение в палеонтологии носит название закона Ковалевского. Применяя его метод, учёные Европы и Северной Америки, продолжая поиск ископаемых останков, восстановили почти полностью родословную лошади.
Все палеонтологические труды В.О. Ковалевского написаны за границей, до возвращения в Петербург. Несмотря на их высокую оценку Ч.Р. Дарвином, в России того времени не понимали их значения, геологические труды также не находили признания.
Мировая слава пришла к учёному уже после смерти, когда его признали замечательным продолжателем учения Ч. Дарвина и гениальным основателем новой науки – эволюционной палеонтологии.
Илья Ильич Мечников (1845 – 1916 гг.) – русский биолог – медик (патолог и микробиолог). Окончив в 19 лет Харьковский университет и имея уже к этому времени несколько печатных работ, первую из которых он написал будучи ещё учеником гимназии, И.И. Мечников уехал продолжать образование за границей. В 1867 г. по возвращении привёз несколько научных работ и готовую диссертацию, он защитил её в этом же году в Петербургском университете. Вскоре за выдающиеся исследования он получил от Академии наук премию имени Карла Бэра.
В 1869 году И.И. Мечников вновь едет за границу, так как главным образом занимается изучением зародышевого развития морских беспозвоночных, обитающих в тёплых морях. И.И. Мечников около тридцати лет дружил и сотрудничал с А.О. Ковалевским, работавшим в том же направлении, их справедливо называют создателями эволюционной эмбриологии.
В дальнейшем, будучи профессором Новороссийского университета (так назывался в то время Одесский университет) и впоследствии в Италии в городе Мессине (1883 г) И.И. Мечников продолжил работу над теорией фагоцитоза. По результатам своих исследований он написал много научных статей, опубликованных за границей и в русских журналах, несколько научных и общественнодоступных книг, популяризирующих биологические знания, «Этюды о природе», «Этюды оптимизма», «Сорок лет искания рационального мировоззрения» и др.
В 1888 г. Луи Пастер – один из создателей микробиологии – пригласил И.И. Мечникова в свой институт в Париже, где в специально созданной для него лаборатории изучал многочисленные вопросы бактериологии и заразные болезни, вызываемые возбудителями тифа, чумы, холеры. Занимался он и вопросами продления жизни человека, считая, что преждевременная старость – результат постоянного отравления организма ядовитыми веществами (токсинами). И.И. Мечников рекомендовал бороться со старческими изменениями с помощью пищевого режима и употреблять в пищу особый вид простокваши, который угнетающе действовал на кишечных микробов.
Климент Аркадьевич Тимирязев (1843 – 1920 гг.) родился в Петербурге в дворянской семье. В 1860 г. стал студентом естественного отделения физико-математического факультета Петербургского университета, после окончания, которого выехал в Германию и Францию, постоянно переезжая из страны в страну в связи с тем, что работал в лабораториях химика П.Э. Бертло, физиолога Ж.Б. Буссенго, физика Г.Р. Кирхгофа, физиолога и физика - создателя метода спектрального анализа Г.Л. Гельмгольца, посетил Ч.Р. Дарвина в Англии в его имении Даун, для обсуждения результатов своих работ.
По возвращении К.А. Тимирязев начал преподавать в Москве в Петровской сельскохозяйственной академии, названной впоследствии его именем. Позднее стал профессором Московского университета.
Будучи горячим сторонником и последователем дарвиновского учения ещё в студенческие годы и в дальнейшем К.А. Тимирязев опубликовал ряд научных работ, где подчёркивал значение эволюционной теории для выяснения природы наследственности и образования форм у растений. Именно этим должна заниматься, по его мнению, особая наука о жизни растения – физиология растений, которой он и посвятил всю свою дальнейшую жизнь.
В результате исследований К.А. Тимирязев выяснил роль солнечного света в создании растением органического вещества; установил, что наиболее сильно поглощаются лучи красного и несколько слабее сине-фиолетового спектра; выяснил, что хлорофилл не только поглощает свет, но и химически участвует в процессе фотосинтеза, на который затрачивается всего 1-3 % поглощённой растением солнечной энергии.
Главная научная заслуга К.А. Тимирязева заключается в доказательстве того, что величайший закон природы – закон сохранения энергии – распространяется и на процесс фотосинтеза, а следовательно, и на живую природу. Основываясь на принципах дарвинизма, он объяснил, что зелёный цвет растений – это закономерный результат приспособления растений в процессе эволюции (естественного отбора), так как только те растения, которые могли поглощать наиболее богатые энергией красные лучи, выжили.
К.А. Тимирязев впервые на Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде (1896 г.) организовал демонстрацию опытов, показывающих, каким образом происходит питание растений, для этой цели был построен вегетационный домик. Традиция публичной и наглядной демонстрации опытов сохранилась до сих пор.
Огромное влияние на развитие русской агрономической науки оказала книга «Земледелие и физиология растений», этот труд не утратил своей ценности и ныне. Особо примечательна в ней глава «Борьба растений с засухой», где показана роль воды в жизни растения, практические меры борьбы с засухой, которые получили широкое распространение в практике сельского хозяйства.
Иван Владимирович Мичурин (1855 – 1935 гг.) родился 27 сентября 1855 г. в деревне Долгое Пронского уезда рязанской губернии в обедневшей семье мелкопоместных дворян. С раннего детства он увлекался природой, работами в саду и огороде, выращиванием различных растений, настолько сильно, что порой не замечал остального. После окончания Пронского уездного училища поступил в Рязанскую гимназию, из которой был исключён за непочтение к директору. Следует отметить, что не имея даже среднего образования, путём самообразования он получил глубокие знания в биологии. Долгое время достижения И.В. Мичурина не признавали в научных кругах, но после революции 1917 года его исследования получили признание и поддержку государства.
Всю свою жизнь Иван Владимирович жил и работал в городе Козлове Тамбовской губернии (в 1932 году переименован в Мичуринск), лишь один рз он совершил поездку по Средней России для ознакомления с состянием плодоводства.
И.В. Мичурин был ориганатором – создателем новых сортов плодово-ягодных культур. Он создал свыше трёхсот сортов ценнейших сортов разнообразных растений, таких как Груша Бере зимняя Мичурина, вишня Краса Севера, яблони Бельфлёр-китайка, Пепин шафранный, Кандиль-китайка, Пармен зимний золотой и др. Им были разработаны методы, которые помогают создавать новые формы растений, хотя и до него хорошие сорта выводили, но до Мичурина никто не создал замечательные способы получения новых сортов.
В.И. Мичурин внес ценный вклад в изучение процесса наследственности и изменчивости организмов. Получая новые сорта культурных растений, он заранее планировал их свойства. Учёный указывал на огромную роль условий внешней среды на организм растений, утверждая, что их изменение влечёт за собой соответствующие изменения в организме. Такие изменения, по мнению И.В. Мичурина, могут передаваться потомству, если тип обмена веществ в организме глубоко изменён. Им также было установлено, что изменения передаются потомкам лишь в том случае, если внешние условия влияют на него в определённый период его развития. Наиболее пластичны растения в молодом возрасте и гибридные растения (полученные путём скрещивания разных сортов или даже видов). Много лет при этом, В.И. Мичурин руководствовался неверной теорией акклиматизации, широко распространённой в те годы (согласно этой теории, ценные южные сорта можно успешно выращивать на севере, прививая их на морозоустойчивые подвои). Впоследствии, убедившись в неправильности этой теории, он стал работать в другом направлении.
Работы Мичурина дали возможность понять, что приспособление растений к условиям окружающей среды есть процесс, тесно связанный с индивидуальным развитием растения.
Литература:
1. Биологический энциклопедический словарь / Под ред. М.С. Гилярова – М.: Сов. Энциклопедия. 1986. – 566 с.
2. Вахненко Д.В., Гарнизоненко Т.С., Колесников С.И. Биология с основами экологии: Учебник для вузов / Под общ. ред. проф. В.Н. Думбая. – Ростов н/Д: Феникс, 2003. (серия «Высшее образование») 512 с.
3. Каменский А.А., Ким А.И. и др. Биология. Высшее образование. – М.: Слово: ЭКСМО, 2003 – 640 с.
4. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б. Общая биология: Учебник для студентов средних спец. уч. заведений. – М.: Высшая школа; 2004 – 317 с. ил.
Занятие 2
Аксиомы теоретической биологии
Вопросы:
1. Теория и практика биологического знания.
2. Основные свойства живого.
Литература:
1. Берг Л.С. Природа СССР. – М.: Гос. изд-во географической литературы. 1955 – 496 с.
2. Биологический энциклопедический словарь / Под ред. М.С. Гилярова – М.: Сов. Энциклопедия. 1986. – 566 с.
3. Вахненко Д.В., Гарнизоненко Т.С., Колесников С.И. Биология с основами экологии: Учебник для вузов / Под общ. ред. проф. В.Н. Думбая. – Ростов н/Д: Феникс, 2003. (серия «Высшее образование») – 512 с.
4. Каменский А.А., Ким А.И. и др. Биология. Высшее образование. – М.: Слово: ЭКСМО, 2003 – 640 с.
5. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б. Общая биология: Учебник для студентов средних спец. уч. заведений. – М.: Высшая школа; 2004 – 317 с. ил..
6. Тупикин Е.Н. Общая биология с основами экологии и природоохранной деятельности: Учеб. пособие для нач. проф. Образования. – М.: 2004, – 378 с.
Занятие 3
Условия возникновения жизни на планете
Вопросы:
1. Необходимые и достаточные условия для существования жизни.
2. Физические условия для возникновения жизни.
3. Химические условия для возникновения жизни.
4. Существование живой материи во Вселенной.
Литература:
1. Барабой В.А. Солнечный луч. – М.: Изд- во Наука, 1976 – 240 с.
2. Биологический энциклопедический словарь / Под ред. М.С. Гилярова – М.: Сов. Энциклопедия. 1986. – 566 с.
3. Вахненко Д.В., Гарнизоненко Т.С., Колесников С.И. Биология с основами экологии: Учебник для вузов / Под общ. ред. проф. В.Н. Думбая. – Ростов н/Д: Феникс, 2003. (серия «Высшее образование») 512 с.
4. Гальцов А.П. Тепло и влага в природе. – М.: Знание, 1961, – 40 с.
5. Каменский А.А., Ким А.И. и др. Биология. Высшее образование. – М.: Слово ЭКСМО, 2003 – 640 с.
6. Ландау-Тылкина С.П. Радиация и жизнь. – М.: Атомиздат, 1974 - 180 с.
7. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б. Общая биология: Учебник для студентов средних спец. уч. заведений. – М.: Высшая школа; 2004 – 317 с. ил.
8. Новиков Н.А. Планета загадок. Л.: Недра, 1968 – 129 с.
9. Тупикин Е.Н. Общая биология с основами экологии и природоохранной деятельности: Учеб. пособие для нач. проф. образования. – М.: 2004, – 378 с.
Занятие 4
Основные этапы развития жизни на Земле
Вопросы:
1. Развитие жизни на Земле.
2. Представления о геохронологической шкале.
3. Этапы развития жизни на Земле
4. Классификация вещества биосферы В.И. Вернадского.
5. Законы В.И. Вернадского о живом веществе биосферы.
Литература:
1. Абдурахманов Г.М., Криволуцкий Д. А., Мяло Е.Г., Огуреева Г.Н. Биогеография. Учеб. для студ. Вузов. – М.: Академия, 2003 – 474с.
2. Барабой В.А. Солнечный луч. – М.: Изд- во Наука, 1976 – 240 с.
3. Биологический энциклопедический словарь / Под ред. М.С. Гилярова – М.: Сов. Энциклопедия. 1986. – 566 с.
4. Вахненко Д.В., Гарнизоненко Т.С., Колесников С.И. Биология с основами экологии: Учебник для вузов / Под общ. ред. проф. В.Н. Думбая. – Ростов н/Д: Феникс, 2003. (серия «Высшее образование») – 512 с.
5. Гальцов А.П. Тепло и влага в природе. – М.: Знание, 1961, – 40 с.
6. Каменский А.А., Ким А.И. и др. Биология. Высшее образование. – М.: Слово: ЭКСМО, 2003 – 640 с.
7. Кормилицин В.И., Цицкишвилли М.С., Яковлев Н.И. «Основы экологии», М.: Интерстиль, 1977 – 368 с.
8. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б. Общая биология: Учебник для студентов средних спец. уч. заведений. – М.: Высшая школа; 2004 – 317 с. ил.
9. Моисеев Н.Н. Человек и биосфера, М., 1990 –175 с.
10. Реймерс Н.Ф. Начала экологических знаний, Уч-е пособие, М. Изд-во МНЭПУ, 1993 – 262 с.
11. Савцова Т.М. Общее землеведение: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений., - М.: Академия, 2003. – 416 с.
12. Тупикин Е.Н. Общая биология с основами экологии и природоохранной деятельности: Учеб. пособие для нач. проф. образования. – М.: 2004, – 378 с.
Занятие 5
Уровни организации живого
Вопросы:
1. Основной принцип организации живого.
2. Уровни организации живого вещества и их характеристики.
Мир живого сложен и разнообразен. Одна из главных его особенностей – системность. Система определяется как упорядоченное множество взаимосвязанных, взаимодействующих элементов, проявляющихся как целостное по отношению к внешней среде. Принцип системности характерен для всего живого: от элементарных носителей жизни (молекул ДНК и РНК), клетки, организма, биоценоза, – биосферы. В биологии понятие «биологическая система» относится к организму (клетке), популяции, виду биоценозу (сообществу), а также к биогеоценозу и биосфере. Последние представляют собой неразрывное единство живого и неживого, вместе составляют биокосную систему. Для мира живого характерна иерархичность и многоуровневность.
Любая живая система состоит из отдельных компонентов, которые в свою очередь также представляют собой систему, но уже более низкого уровня организации. Для живой системы характерны: строго определённая структура, функции, определённые взаимодействия со средой. Для живых систем характерна особенность: две (или более) системы (компоненты), составленные вместе определённым образом, образуют новую единицу, систему, свойства которой не аддитивны и не могут быть описаны как простая совокупность свойств составляющих. То есть с повышением уровня организации живые системы приобретают новые системные свойства, определённые интегративные качества, не присущие её компонентам.
Всё живое вещество представляет собой совокупность живых систем различной степени сложности и организации – таксонов (греч. taxis – порядок, в биологии деление осуществляется на виды, роды, семейства, отряды, классы, типы, которые и есть таксономические единицы). Всякая живая система как компонент, часть более широкой системы подчиняется законам функционирования и развития последней, её системным и интегративным требованиям, однако каждый составляющий компонент может оказать значительное влияние на остальные компоненты системы, в которую он входит, а порой и определять свойства всей системы. Реальность таксономических единиц доказана рядом исследователей, например, В.И. Кремянским, на большом историческом и современном материале.
Живой мир – это сложно иерархизированная по «вертикали» и по «горизонтали» система биологических объектов и их связей. Биологический объект реален, реальны и все таксономические единицы как объективно существующие, следовательно, реальны и уровни живого. В пользу реальности живых систем говорит следующее: каждая из них обладает пространственными характеристиками, собственным биологическим временем (например, временем жизни одного поколения в популяции, или числом событий рождений – гибели). Более высокоорганизованным живым системам присуще большее собственное время, поэтому они значительно стабильнее и устойчивее по отношению к факторам внешней среды.
С точки зрения системного принципа, жизнь представляет собой систему систем, в которой наблюдается не параллельное, а последовательное сочетание, что позволяет ей организоваться по принципу иерархической подчинённости. Каждый более высокий уровень оказывает направляющее воздействие на нижележащий, подчиняет его себе, своим функциям, преобразует его, порождает в компонентах этого уровня новые свойства, которые им не присущи в изолированном состоянии. Таким образом, в живых объектах существует иерархический контроль, который осуществляется посредством прямых и обратных связей. Это двустороннее взаимодействие между высшим и низшим уровнем иерархии есть одно из главных, специфических отличий биологических иерархий – возможность осуществления контроля, что в неживых системах не наблюдается или выражено значительно меньше.
Имеющаяся в мире живого иерархия, ступенчатость уровней позволяет задать вопрос об их количестве, и о том, что они представляют собой? В последние годы выделяют следующие уровни организации живого:
- молекулярный уровень (ДНК, РНК);
- клетка;
- ткань, орган;
- организм;
- популяция;
- вид;
- биоценоз (сообщество);
- биогеоценоз*;
- биосфера*.
Последние два – биоценоз и биосфера, – в отличие от остальных, представляют собой неразрывное единство живого и неживого компонентов, не рассматриваются друг без друга. В них интегрированы связи биоценоза (совокупности видов) с внешней средой. Биосфера представляет собой высший уровень организации живой материи на планете Земля. Однако влияние живого вещества распространяется и на космос, именно благодаря живым организмам энергия Солнца превращается в земную, что позволяет говорить о жизни как о действенной геохимической силе. Живые организмы оказывают влияние на химию почти всех элементов, геохимические функции живого многообразны, к ним относятся следующие:
- газовая (все организмы поглощают различные газы, в том числе СО2);
- кислородная (зелёные растения выделяют О2);
- окислительная (бактерии окисляют неорганические вещества, преобразуя их);
- кальциевая (водоросли, бактерии и другие выделяют из морской воды углекислый кальций, тем самым поддерживая баланс соединений кальция в природе);
- восстановительная (бактерии восстанавливают различные неорганические вещества, превращая их в новые соединения);
- разрушение органических соединений до простых органических соединений (бактерии и грибы);
- восстановительное разложение (бактерии разлагают органические вещества до неорганических соединений);
- метаболизм (все живые организмы).
Всеохватывающую панораму жизни невозможно получить, изучая только какой-либо один или несколько уровней живого. Только их совокупность, диалектическое единство, противоречивость, дополнительность, подчинённость и соподчинённость позволяют представить систему жизни в целом.
Литература:
1. Абдурахманов Г.М., Криволуцкий Д. А., Мяло Е.Г., Огуреева Г.Н. Биогеография. Учеб. для студ. Вузов. – М.: Академия, 2003 – 474с.
2. Афанасьев В.Г. Мир живого: системность, эволюция и управление. – М. Политиздат, 1986. – 336 с.
3. Биологический энциклопедический словарь / Под ред. М.С. Гилярова – М.: Сов. Энциклопедия. 1986. – 566 с.
4. Вахненко Д.В., Гарнизоненко Т.С., Колесников С.И. Биология с основами экологии: Учебник для вузов / Под общ. ред. проф. В.Н. Думбая. – Ростов н/Д: Феникс, 2003. (серия «Высшее образование») – 512 с.
5. Гальцов А.П. Тепло и влага в природе. – М.: Знание, 1961, – 40 с.
6. Каменский А.А., Ким А.И. и др. Биология. Высшее образование. – М.: Слово: ЭКСМО, 2003 – 640 с.
7. Кормилицин В.И., Цицкишвилли М.С., Яковлев Н.И. «Основы экологии», М.: Интерстиль, 1977 – 368 с.
8. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б. Общая биология: Учебник для студентов средних спец. уч. заведений. – М.: Высшая школа; 2004 – 317 с. ил.
9. Моисеев Н.Н. Человек и биосфера, М., 1990 –175 с.
10. Реймерс Н.Ф. Начала экологических знаний, Уч-е пособие, М. Изд-во МНЭПУ, 1993 – 262 с.
11. Савцова Т.М. Общее землеведение: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений., - М.: Академия, 2003. – 416 с.
12. Тупикин Е.Н. Общая биология с основами экологии и природоохранной деятельности: Учеб. пособие для нач. проф. образования. – М.: 2004, – 378 с.
Занятие 6
Самоорганизация живых систем на разных уровнях организации живого
Вопросы:
1. Самоорганизация природных систем.
2. Самоорганизация наземных систем.
3. Самоорганизация водных систем.
4. Самоорганизация биосферы.
К водным экосистемам в настоящее время относят моря, океаны, реки, озёра, болота пруды, подземные озёра и реки, то есть все те природные объекты, где центральное место занимает вода. Жизнь зародилась в воде и существует в ней поныне в самых разнообразных формах. Все водные организмы, животные, растения, водоросли, бактерии отличаются от тех, кто живёт на суше. У всех них развились приспособления, позволяющие двигаться, дышать, размножатся в воде. Вода намного плотнее воздуха, под водой мало света, а с увеличением глубины его становится всё меньше и меньше (на глубину 200 метров свет не проникает вообще), иной, чем в воздушной среде, тепловой баланс, резких колебаний температуры в воде не наблюдается.
Рассматривая водные экосистемы и их самоорганизацию, необходимо учитывать следующее: между наземной и водной экосистемой нет резких четко очерченных границ; существует множество живых организмов, жизнь которых в разной степени связана и с водным, и с наземным пребыванием (млекопитающие, птицы, моллюски, амфибии, рептилии, некоторые рыбы, пресмыкающиеся, множество насекомых, различные растения, водоросли, микроорганизмы и т.д.). Эти живые существа выходят из воды, находятся на суше какое-то, пусть даже непродолжительное время, что не противоречит их образу жизни, а также организмы, которые поднимаются на поверхность воды за воздухом для дыхания, считаются водными обитателями. Поэтому, рассматривая самоорганизацию водной экосистемы, так или иначе затрагивается и наземная экосистема, которая может находиться очень далеко от первой, и наоборот. На побережье моря в часы отлива обсыхает узкая, шириной в несколько десятков и сотни метров (до нескольких километров) полоса, называемая литоралью, которая обильно населена живыми организмами, которые играют немаловажную роль и в существовании наземной экосистемы. Животные суши находят здесь пищу. Известно, что некоторые виды рыб остаются на берегу после отлива для метания икры, которая будет развиваться во влажном песке. Морские черепахи откладывают яйца в мокрый песок на берегу, вне зоны прилива.
Моря и океаны, т.е. все водные экосистемы населены от поверхности до самого дна. Жизнь есть и на глубине океанских впадин в десять – одиннадцать тысяч метров, где давление достигает 1000 атмосфер, в поверхностных водах, в тёплых экваториальных морях, под ледяным покровом Арктики, у побережья Антарктиды, в солёных озёрах Африки. В настоящее время практически безжизненны те водные объекты, где загрязнение воды крайне высоко.
Поверхность Мирового океана вместе с придаточными морями составляет около 3600 млн. км2, а объём 1,37 млрд. м3, таким образом на материковую отмель из общей площади Мирового океана приходится около 27 млн. км2.
В соответствии с этим делением океана на части делят и его «население». Прежде всего, делят океан как среду обитания на две основные части: водную массу пелагиаль (по-гречески Pelagos – открытое море) и дно бенталь; населяющие его организмы делят на пелагические и бентосные (или донные), а последние на литоральные (греческое Litus – берег), батиальные (гр. Bathus – глубокий) и абиссальные (гр. Abyssos – морская глубина).
Литораль – узкая часть морского побережья, периодически оказывающаяся на воздухе благодаря приливам-отливам. Суперлитораль (гр. Supra – сверху, свыше) зона, которой достигают прибой и брызги, но заселённая морскими организмами. Сублитораль зона, расположенная глубже литорали (до 200 м глубины), всегда покрыта водой, организмы, населяющие её, – сублиторальные. За нижнюю границу сублиторали принимают нижнюю границу распространения растений. Литораль, суперлитораль и сублитораль наиболее «заселены» живыми организмами. Животные, обитающие на глубинах около 200 м, приобретают некоторые черты глубоководных, иногда здесь встречаются и глубоководные животные. Фауну этой части дна называют псевдоабиссальной (гр. Pseudos – ложный).
Основные закономерности распределение жизни в морях и океанах
Рис. 1. Расчленение склона морского дна.
Ещё глубже расположена батиаль с батиальной фауной, переходящей в абиссаль. Границы эти условны, одна зона плавно переходит в другую.
Население пелагиали в вертикальном направлении делят на три основные зоны: зону, освещаемую в достаточном количестве для развития растительных организмов (эвфотическую не более 200 м), сумеречную зону (дисфотическую примерно до 1000-1500 м, иногда до 2000 м) и тёмную зону (афотическую простирается до дна). Эти зоны называют соответственно пелагиаль, батипелагиаль и абиссаль. мировой океан делят на прибрежную и океаническую части; первая соответствует континентальной ступени, вторая батиали и абиссали.
Состав растительных и животных организмов, обитающих в море, пресных водах и в воздушной среде, сильно различается, при этом мы не учитываем бактерии. Различно и соотношение между массой животных и растений на суше и море. На суше масса зелёной растительности в тысячи раз превышает массу животных, а в море (и вообще в водной среде) масса животных превышает массу растений, хотя и не так значительно.
Характер «зелёной трансформации солнечной энергии» в море иной, чем на суше. Освещённость поверхности моря зависит от многих причин: географической ширины места, сезона года, облачности, количества и состава влаги в атмосфере. В разных морях количество света, проникающего на одну и ту же глубину, неодинаково, что связано с количеством взвешенных частиц в воде (сестон) как живых (биосестон – водоросли и животные), так и неживых (абиосестон, который делится на минеральный и детрит – останки живых организмов). Количество света, проникающего под поверхность моря, и глубина, на которую он проникает, и определяет развитие в воде растительных организмов.
На суше одноклеточные водоросли составляют ничтожную часть общей растительной массы, а в море именно они составляют главную массу. Водная растительность быстро выедается животными, но и быстро восстанавливается, в отличие от большинства растений суши. На суше растительные организмы недоиспользуются животными, поэтому органическое вещество накапливается, тем самым выходит из оборота органического вещества. В море отмирающие растения либо растворяются, либо поедаются животными и практически не накапливаются.
Таблица 1.
Проникновение лучей света вглубь моря
(северная часть Тихого океана)
| Глубина, м | Организмы, населяющие слой | |
| 0 – поверх-ность моря | Фитопланктон, плавающие водоросли (саргассы), «листья» водорослей, прикреплённые к донной поверхности, части водных растений, лежащие или несколько приподнимающиеся над водой. | |
| 200 | Предел растительной жизни в океане | Только животные, в том числе и микроорга-низмы |
| 1000 | Фотопластинка чернеет через 80 минут экспозиции | |
| 1700 | Фотопластинка не темнеет даже после двух часов экспозиции | |
| 4200 | Полная темнота | |
| Морское дно | ||
В воде и в морских водах обитают только низшие растения, хотя встречаются и цветковые (немногим больше 30 видов). Представители цветковых растений представляют собой вторичных выселенцев с суши в море (вторичноводноморские), подобно морским млекопитающим, вторично завоевавшим морскую среду.
Таблица 2.
Встречаемость разных классов растений в море, пресных водах
и в воздушной среде (всего 33 класса)
| Живут только в море | Живут и в море, и в пресной воде | Живут только в пресной воде | Живут только в воздушной среде |
| 5 (15 %) | 10 (30 %) | 3 (9 %) | 15 (46 %) |
В настоящее время водоросли населяют необозримые водные пространства океанов и морей, рек и озёр. Водоросли – древнейшие представители живого, возникли сотни миллионов лет тому назад. Благодаря постоянству условий жизни в водной среде, в которой они возникли и пережили целые геологические эпохи, они сохранились до наших дней в формах, мало отличающихся от первоначальных. Основной средой обитания водорослей является вода, они встречаются и в пресноводных, и в морских водоёмах (фитопланктон, фитонейстон, фитобентос), однако многие виды приспособились к жизни на суше, в условиях постоянного или временного увлажнения, среди них различают наземные (аэрофитон) и почвенные водоросли (фитоэдафон). Есть виды, адаптировавшиеся к экстремальным условиям внешней среды; водоросли горячих источников (термофитон), снега и льда (криофитон), солёных озёр, где концентрация солей достигает 30 % (галофитон), и известкового субстрата (кальцефилы). Водоросли часто вступают в симбиоз с растениями, животными, насекомыми.
В распространении растений в море (да и в любой водной среде), по сравнению с сушей, имеются характерные особенности. Растения дают картину более равномерного горизонтального распределения, нежели на суше, что связано с неравномерностью распределения в воде света и растворённых минеральных солей, отсутствием фактора недостаточной влажности, меньшей амплитудой колебания температур и отсутствием отрицательных температур. Морские растения (и водоросли в том числе) распределены более равномерно, чем животные, так как необходимые питательные ресурсы: углекислый газ, свет и минеральные вещества – также распределены равномернее, чем питательные вещества для животных. Растения слабее животных реагируют на изменения температуры.
С неравномерностью проникновения лучей разной длины волны в толщу воды связано явление вертикальной зональности и преобладающей окраски животных и растений. Животные часто бывают окрашены в дополнительный цвет к той части спектра, которая проникает на данную глубину, в результате чего приобретают защитную окраску, кажутся незаметными. В верхних горизонтах животные чаще всего буровато-зеленоватого цвета, глубже – красные, на большой глубине – чёрные или дипигментированы (лишены окраски). Водоросли также меняют цвет с глубиной – с зелёной на бурую, затем на красную. У растений окраска играет в данном случае не защитную роль, а приспособительную к наилучшему использованию соответствующих лучей спектра для фотосинтеза.
Рис.2. Схема вертикального распределения донной растительности
Таблица 3
Проникновение лучей света вглубь моря
(северной части Тихого океана)
| Глубина, м | Части спектра и длина волны | ||
| Жёлтый, 6000 | Зелёный, 5300 | Голубой, 4800 | |
| 0 | 100 | 100 | 100 |
| 5 | 18 | 35 | 26 |
| 10 | 1,8 | 16 | 7,8 |
| 15 | 0,53 | 7,6 | 3,9 |
| 20 | 0,27 | 5,7 | 2,3 |
| 30 | 0,012 | 0,12 | 0,082 |
В процессе филогенеза организмы эволюционировали от одноклеточных и колониальных к мощным, сложно организованным гигантам, достигающим нескольких десятков метров длины. У высокоорганизованных представителей наблюдается начало некоторой внутренней дифференциации тела на «ткани» (настоящих тканей у водорослей нет): покровную, ассимиляционную, запасающую, проводящую, механическую. Таким образом, у водорослей имеется два контрастных полюса организации. На одном они представлены примитивными одноклеточными и колониальными формами и близки к простейшим животным (хлорелла), на другом – многоклеточными, иногда гигантскими формами (ламинария) с дифференцированным телом (таллом, или слоевище), которое как бы имитирует органы растений.
Современная наука предполагает происхождение водорослей от Жгутиковых – Flagellatae – одноклеточных организмов, живущих в воде и снабжённых одним или двумя жгутиками (органы движения). Среди представителей жгутиковых встречаются хлорофиллоносные (автотрофные организмы), которые стоят близко к растениям, другие (бесцветные) стоят ближе к животным.
Водоросли относятся к 10 отделам из двух царств:
1) Синезелёные – Cyanophyta;
2) Красные (Багрянки) – Rhodophyta;
3) Пирофитовые (Динофитовые) – Pyrrophyta (Dinophyta);
4) Золотистые – Chrysophyta;
5) Диатомовые - Bacillariophyta (Diatomea);
6) Жёлтозелёные – Xanthophyta;
7) Бурые – Phaeophyta;
8) Эвгленовые – Euglenophyta;
9) Зелёные – Chlorophyta;
10) Харовые – Charophyta.
Первый отдел относится к царству Прокариот, остальные – к царству Эукариот.
Водоросли устроены проще, чем растения, вместо листьев у них выросты, напоминающие формой листья. Вместо корней – ризоиды – выросты, с помощью которых они прикрепляются к дну или корням. Все водоросли содержат хлорофилл и питаются автотрофно, но нередко их окраска замаскирована другими пигментами. Тело водорослей, как и других низших растений, именуют талломом, поскольку оно не дифференцировано на настоящие органы и ткани. Вегетативные клетки таллома снаружи покрыты твёрдой стенкой, состоящей из целлюлозы и пектиновых веществ. Нередко наружная поверхность клеточной стенки одета слизью или инкрустирована кремнезёмом. Цитоплазма заполняет всю полость клетки или расположена постенно. Одна крупная или несколько мелких вакуолей заполнены клеточным соком. В клетке находится одно или несколько ядер и хроматофоры (пластиды), содержащие пигменты, которые по форме разнообразны (пластинчатые, спиральные, зернистые, ленточные и т.д.). В хроматофорах у некоторых из них расположены белковые тельца – пиреноиды, вокруг которых откладываются запасные питательные вещества в виде крахмала или близкого к нему углевода. Кроме крахмала, в качестве запасных веществ может образоваться масло. У Синезелёных водорослей нет оформленного ядра (прокариоты), как и хроматофоров, и обычных для других вакуолей.
Зоологи выделяют 65 классов животных, объединённых в 11 типов. Все 11 типов животных – коренные обитатели моря, также как и все низшие группы хордовых (оболочников, полухордовых и бесчерепных ланцетников). Только четыре класса позвоночных развились вне своей прародины – моря, среди беспозвоночных в таком же положении находятся насекомые и почти все паукообразные. Имеется 8 классов (13 %) животных и 18 (55 %) растений чуждых морской воде.
Неодинакова встречаемость тех или иных групп животных в море, пресной воде и в воздушной среде (таблица 4).
Таблица 4
Встречаемость разных классов животных в море, пресных водах
и в воздушной среде (всего 63 класса)
| Место обитания | Всего классов |
| В основном живут в море | 7 |
| Живут только в море | 31 |
| Живут в пресной и морской воде | 14 |
| В основном живут только в пресной воде | 2 |
| В основном живут в воздушной среде | 3 |
| Живут только в воздушной среде | 3 |
| Живут во всех трёх средах | 3 |
На дне обитают одноклеточные организмы – фораминиферы (в основном в море, редко в пресной воде), инфузории (в основном пресноводные обитатели), губки (в море и пресной воде). Низшие и высшие черви – обитают преимущественно на дне водоёмов, кишечнополостные (на дне – полипы, в толще воды – медузы, сифонофоры ктенофоры), мшанки, членистоногие, моллюски, головоногие, иглокожие, хордовые из класса асцидий, ланцетники, некоторые рыбы. В толще воды встречаются практически все вышеназванные представители животного мира, к ним добавляются многочисленные виды рыбообразных (более 16000 видов), амфибии (живут только в пресной воде), рептилии (змеи, черепахи), птицы и млекопитающие.
Литература:
1. Абдурахманов Г.М., Криволуцкий Д. А., Мяло Е.Г., Огуреева Г.Н. Биогеография. Учеб. для студ. Вузов. – М.: Академия, 2003 – 474 с.
2. Афанасьев В.Г. Мир живого: системность, эволюция и управление. – М. Политиздат, 1986. – 336 с.
3. Биологический энциклопедический словарь / Под ред. М.С. Гилярова – М.: Сов. Энциклопедия. 1986. – 566 с.
4. Вахненко Д.В., Гарнизоненко Т.С., Колесников С.И. Биология с основами экологии: Учебник для вузов / Под общ. ред. проф. В.Н. Думбая. – Ростов н/Д: Феникс, 2003. (серия «Высшее образование») – 512 с.
5. Зенкевич Л.А. Моря СССР их Фауна и флора. Изд. второе. Дополненное. Учпедгиз. Мин. Просв-я. РСФСР М. 1956.– 424 с.
6. Каменский А.А., Ким А.И. и др. Биология. Высшее образование. – М.: Слово: ЭКСМО, 2003 – 640 с.
7. Кормилицин В.И., Цицкишвилли М.С., Яковлев Н.И. «Основы экологии», М.: Интерстиль. 1977 – 368 с.
8. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б. Общая биология: Учебник для студентов средних спец. уч. заведений. – М.: Высшая школа; 2004 – 317 с. ил.
9. Реймерс Н.Ф. Начала экологических знаний, Уч-е пособие, М. Изд-во МНЭПУ, 1993 – 262 с.
10. Савцова Т.М. Общее землеведение: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений., - М.: Академия, 2003. – 416 с.
11. Тупикин Е.Н. Общая биология с основами экологии и природоохранной деятельности: Учеб. пособие для нач. проф. образования. – М.: 2004, – 378 с.
Занятие 7
Систематика растений и классификация животных
Вопросы:
1. Правила международной номенклатуры при описании таксонов.
2. Иерархическая система классификации.
Систематика – важнейшая отрасль биологии, без которой немыслимо развитие теоретической и экспериментальной биологии. Привилегированное положение систематики объясняется стоящими перед ней особыми задачами, от решения которых зависит само существование биологического знания.
Первая из них– описание видов животных и растений, населяющих нашу планету, распределение их в родственные группы: роды, семейства и далее. Вторая – распределение родственных групп живых организмов в таком порядке, в такой системе, которая бы отражала историю развития мира живого, длившуюся сотни миллионов и миллиарды лет. Таким образом, высшая и конечная цель систематики – привести в определённый порядок, в лёгкую для обозрения и сравнимую на всех уровнях и во всех звеньях систему, которая охватывала бы не только ныне живущие, но и ископаемые виды животных и растений.
На современном этапе развития биологической науки особенно важно представить реальный ход эволюции конкретных групп организмов, установить ход исторического развития данной группы, выяснить частные и общие закономерности развития, его движущие силы и темпы. Это позволит прогнозировать дальнейший ход эволюции и, возможно, влиять на него, убыстряя или замедляя методами селекционно-генетической практики. С другой стороны, систематика призвана оценить степень обособленности и таксономическую ценность отдельностей – компонентов вида, рода и т.д.
Основная трудность в работе систематиков определяется огромным, неисчерпаемым и постоянно пополняющимся разнообразием мира живого, каждого представителя которого приходится изучать и систематизировать. Это разнообразие связано, в первую очередь, с разнообразием условий жизни – местообитаний; во-вторых, в результате селекционно-генетической работы создаются новые виды растений, животных и микроорганизмов.
В качестве основного таксона – меры органической природы – принят вид. Учение о виде имеет огромную, многолетнюю историю, насыщенную острой борьбой противоречивых взглядов. Дискуссия о реальности вида имела всегда общебиологическое значение и не была предметом интересов только систематиков, отражая борьбу дух мировоззрений, двух концепций развития природы: материалистической и креационистической (идеалистической).
К.А. Тимирязев определяет сущность вида следующим образом: «Слово вид в применении к организмам имеет, очевидно, два значения, и от неясного различия двойственности этой точки зрения происходят бесконечные недоразумения и разногласия учёных». Таким образом, согласно К.А. Тимирязеву вид имеет двойственную природу и должен рассматриваться в двух аспектах: в аспекте логического, чисто формального понятия как совокупность тождественных особей и в аспекте биологического, естественноисторического понятия как основная форма проявления хода эволюционного процесса и существования самой жизни. Биологический вид представлен множеством особей и популяций, каким-то образом различающихся между собой. Поэтому биологический вид, с одной стороны, представляет собой отдельность и в этом смысле цельность, с другой стороны – комплекс различающихся индивидуумов и популяций. С одной стороны, вид – дискретная обособленная отграниченная единица, с другой – характеризуется относительными (подвижными) границами. Биологический вид как отдельность, обособленная в экономии природы, относительно постоянна и одновременно представляет собой этап развития.
Формально-логическое представление о виде более простое, чем естественноисторическое. Биологическое и сложное разнообразие отдельностей природы организуется в легко обозримую систему на основе законов элементарной логики. Суть формально-логической классификации состоит в том, что всё многообразие живого отражается как отвлечённые образы основных жизненных форм: дерева, кустарника, животного, земноводного и т.д. В этом случае можно уже говорить о какой-то классификации, по крайней мере, её элементах, как об одном из вариантов формально-логической классификации.
Формально-логическое представление о виде всегда будет абстрактным, как абстрактно понятие о лошади или геометрическом теле. Общее представление о лошади дают зоологи, оно складывается в нашем представлении как абстрактное, так как не включает описание конкретной лошади: её масть, возраст, экстерьер и т.д. Всё это связано с элементарно-логическим методом как начальным методом в процессе познания, причём познавательные возможности этого метода ограничены.
Ч. Дарвин подходит к проблеме вида, основываясь не на абстрактных формально-логических отдельностях, а на природно-исторических, предлагая научно-философское определение, на первый взгляд кажущееся несколько субъективным: «Вид есть не что иное, как резко выраженная и постоянная разновидность».
Таким образом, следует различать два принципиальных подхода к проблеме вида.
При формально-логическом подходе определение вида простое: вид – совокупность тождественных особей, практически неразличимых. Разумеется, тождество здесь следует понимать как условное и относительное. Такое определение подходит для общей ориентации в естественной природе и в практической работе селекционера, ботаника, зоолога.
Определение вида как естественноисторического явления природы представляет гораздо большие трудности. Существуют десятки определений вида, но ни одно не может быть признано исчерпывающим и общепризнанным. Одно из наиболее известных принадлежит В.Л. Комарову (1949): «Вид есть совокупность поколений, происходящих от общего предка и под влиянием среды и борьбы за существование обособленных отбором от остального мира живых существ, вместе с тем вид есть определённый этап в процессе эволюции». В отличие от таксонов более высокого ранга виды характеризуются общностью строения органов и существованием в природе вне зависимости от нашего сознания и деятельности систематиков. Таким образом, вид – основная единица измерения (таксон) в мире живой природы. Вид – объективный факт природы, тогда как другие таксоны (роды, семейства и т.д.) – результат деятельности систематиков по созданию или упорядочению общей системы на основе оценки и соподчинения признаков их таксации и субординации.
ПЕРЕЧЕНЬ ТАКСОНОВ ОРГАНИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ
(в порядке соподчинения)
Систематика растений:
Вид (species) – совокупность тождественных в основном диагностических признаков особей.
Род (genus) – совокупность близкородственных видов.
Семейство (familia) – совокупность близкородственных родов.
Порядок (ordo) – совокупность близких семейств.
Класс (classis) – объединяет сходные порядки.
Отдел (divisio) – включает сходные классы.
Царство (regnum) – включает отделы по принципу сходства строения и выполняемых функций больших групп организмов, имеет полифелитическое происхождение.
Все растения подразделяют на низшие и высшие. Низшие имеют примитивное строение, их тело не расчленено на составные части и представлено слоевищами.
К низшим растениям относятся:
- бактерии;
- водоросли;
- грибы;
- лишайники.
Высшие растения имеют в качестве составных компонентов корень, стебель и листья.
К высшим растениям относятся:
- мхи (занимают промежуточное положение между низшими и высшими растениями);
- папоротникообразные;
- голосеменные;
- покрытосеменные.
Таблица 5
Основная схема современной номенклатуры
в систематике животных:
| Основные единицы | Дополнительные единицы |
| Вид (species) | Подвид (subspecies) |
| Род (genus) | - |
| Семейство (familia) | - |
| Отряд (ordo) | Подотряд (subordo) |
| Класс (classis) | Подкласс (subclassis) |
| Тип (phylum) | Подтип (subphylum) |
| Царство (regnum) | Подцарство (subregnum) |
