Структурно-функциональные уровни жизни. Эволюция жизни презентация

Общие принципы современной биологии
Биология – система наук, объектами изучения которой являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой; биология изучает все аспекты жизни: структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле, классифицирует и описывает живые существа, происхождение их видов.
Термин принадлежит Ж.Б. Ламарку.
ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ:
Традиционная биология: описательный характер, изучение живой природы в естественной состоянии;
Эволюционная биология: основа – понятие естественного отбора, изменчивости;
Физико-химическая биология (70-е гг. XX в.): сближение с точными науками.

Общие принципы современной биологии
ОСНОВНЫЕ ПРИЗНАКИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ:
Сложная упорядоченная структура;
Получение энергии из окружающей среды для поддержания упорядоченности;
Активные реакции на окружающую среду;
Усложнение организмов (к примеру, появление новых веток);
Способность к размножению;
Приспособленность к среде обитания.
Лишь совокупность этих свойств дает представление о живом.
Жизнь – форма существования сложных открытых систем, способных к самоорганизации, самовоспроизведению и передаче информации. Вопрос: только ли в белковой форме может существовать живое?

Уровни организации живой природы
1) Молекулярно-генетический уровень. Элементарная единица – ген, элементарное явление – воспроизводство генетических кодов. Основа всех живых систем Земли – 6 химических элементов (органогенов): углерод, кислород, водород, азот, сера, фосфор.
ФАКТОРЫ ОТБОРА ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ БИОСИСТЕМ:
Способность к прочным связям;
Лабильность связей (способность к новым связям).
2) Онтологически-организменный уровень. Элементарная единица – особь (одноклеточный или многоклеточный организм), элементарное явление – онтогенез. Онтогенез – процесс индивидуального развития организма от его зарождения (ввел Э. Геккель).

Уровни организации живой природы
3) Популяционно-видовой уровень (надорганизменный). Единица – популяция, явление – изменение ее генетического состава.
ПОДУРОВНИ:
Популяция («население») – совокупность особей одного вида, устойчиво сохраняющаяся на протяжении многих поколений. Может занимать различные территории в зависимости от размера особей и их численности;
Биоценоз – сообщество; группа популяций с общей территорией обитания. Развивается на участке земной поверхности – биотопе, где действуют факторы: радиация, свойства почвы, минеральные вещества и т.д. Могут быть естественными и антропогенными (агробиоценоз);

Уровни организации живой природы
Биогеоценоз – единство биоценоза с неживой природой;
Биосфера – совокупность всех живых организмов вместе со средой их обитания, куда входят: вода, нижняя часть атмосферы, верхняя часть земной коры.
ВАЖНЫЕ ПОНЯТИЯ:
Экологическая сукцессия – внесезонные процессы, являющиеся определенной последовательностью появления и исчезновения популяций в данном местообитании. Может быть первичной – на лишенном жизни месте и вторичной – на месте другого сообщества.
Биологический круговорот – циркуляция веществ в биосфере между почвой, атмосферой, растениями, микроорганизмами и животными (продуценты, консументы, редуценты).

Продуценты, консументы, редуценты

Круговорот

Учение о биосфере
Биосфера (от слов «жизнь» и «шар») – оболочка Земли, заселенная живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; глобальная экосистема Земли.
Термин предложил Э. Зюсс в 1875 г., но подробно учение разработал В.И. Вернадский.
Вещество биосферы состоит из:
Живого вещества – растения, животные, человек;
Биогенного вещества (создано жизнью, является источником энергии): уголь, нефть, известняк;
Косного вещества;
Биокосного вещества - ил, почвы, воды;
Веществ радиоактивного распада;
Космического излучения;
Веществ космического происхождения (метеориты).

Учение о биосфере
ВЫВОДЫ В.И. ВЕРНАДСКОГО:
Биосфера целостна, строение Земли – согласованный организм, важен принцип гармонии;
Важная роль живого вещества в эволюции Земли;
Важность автотрофности, автотрофы – организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических;
Биосфера – один и тот же химический аппарат с древних геологических эпох;
Жизнь постоянна – менялись лишь ее формы.

ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ТЕОРИИ

Эволюционные теории
Эволюция – образование сложных видов из простых.
1) К. Линней (1707 – 1778). Создатель единой системы классификации растительного и животного мира. Выделил биологический вид в качестве исходной категории в систематике. Вид – совокупность популяций особей, сходных по строению и способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства. СХЕМА: вид – род – отряд – класс – царство.
Есть три царства:
1) минеральное: минералы не живут и не чувствуют, но могут расти;
2) растительное: растения живут и растут, но не чувствуют;
3) животное: животные живут, чувствуют и растут.

Эволюционные теории
2) Ж.-Б. Ламарк (1744 – 1829). Первая попытка построения целостной эволюционной концепции. Ввел термин «биология». Жизнь возникла естественным путем в виде простых организмов, они изменялись, совершенствовались и пришли к современному состоянию. Дифференциация внутри класса ведет к появлению разновидностей.
ТЕЗИСЫ:
В организмах заложена врожденная способность к самосовершенствованию;
Причина изменения видов – воздействие на организм внешних сил природы. Итог: развитие одних органов в результате частого употребления (шея у жирафа, язык у муравьеда) и отмирание других – ненужных.

ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ТЕОРИИ
Взгляд Ж.-Б. Ламарка

Эволюционные теории
3) Закон Геккеля-Мюллера (биогенетический закон): каждая особь в своем индивидуальном развитии – онтогенезе повторяет историю развития своего вида – филогенез (1864 – 1866 гг.).

Эволюционные теории
4) Л. Долло (1857 – 1931). Закон необратимости эволюции: организм, популяция, вид не могут вернуться к прежнему состоянию (1893 г.).
5) Теория эволюции Ч. Дарвина (1809 – 1882). Любой вид растений и животных стремится к размножению в геометрической прогрессии, но число взрослых особей при этом относительно постоянно. Это является результатом борьбы за существование.
В процессе эволюции накапливаются полезные признаки, образуются новые виды, остальные организмы гибнут. Лишь немногие приспосабливаются к изменениям среды, большАя часть вида гибнет.

Эволюционные теории
Борьба за существование – совокупность многообразных и сложных взаимоотношений между организмами и между организмами и окружающей средой:
Межвидовая – успех одного и неуспех другого вида;
Внутривидовая (самая острая);
С условиями среды.
ИТОГ: выживают и оставляют потомство особи с комплексом признаков, позволяющим конкурировать с другими наиболее успешно.
Естественный отбор – процессы уничтожения одних особей и преимущественного размножения других. Может быть и искусственный отбор (усилия человека).

Эволюционные теории
За передачу полезных признаков следующим поколениям отвечает фактор наследственности, это устойчивость видов.
Новые виды – результат изменчивости, то есть превращения организмов под влиянием внешней среды.
ИЗМЕНЧИВОСТЬ:
Определенная – способность всех особей вида одинаково реагировать на изменение среды, изменения не наследуются. Сейчас называют адаптивной модификацией. Примеры: увеличение пигментации кожи, развитие костно-мышечной системы в результате тренировок и т.д.
Неопределенная – приводит к существенным изменениям в организме, они наследуются. Сейчас называют мутациями.

Различие теорий Ламарка и Дарвина

Эволюционные теории
Подтверждения теории Ч. Дарвина:
Палеонтология;
Географическое распространение;
Селекция;
Сравнительная анатомия;
Сравнительная эмбриология;
Сравнительная биохимия.

Эволюционные теории
6) Синтетическая теория эволюции (СТЭ). Началом разработки синтетической теории эволюции принято считать работы русского генетика С.С. Четверикова по популяционной генетике (20-е гг. XX в.).
СТЭ – современная эволюционная теория, которая является синтезом различных дисциплин, прежде всего, генетики и дарвинизма.
Элементарная эволюционная структура – популяция, т.к. она обладает свойствами самоорганизующейся целостной системы.
Элементарный эволюционный процесс – устойчивые изменения генотипа в популяциях.

Эволюционные теории
Основной механизм эволюционного процесса – отбор организмов с мутациями, полезными для приспособления к среде.
Наследственные изменения происходят под воздействием ряда эволюционных факторов:
Мутационный процесс;
Популяционные волны (волны численности) – колебание численности вокруг средней величины;
Изоляция – запрет на скрещивание популяции с другими группами;
Естественный отбор;
Второстепенные факторы: темпы и характер мутационных процессов, частота смены поколений и т.д.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СТЭ:
1) Главный движущий фактор эволюции – естественный отбор. Есть 3 формы естественного отбора:
движущий - возникновение новых генотипов;
стабилизирующий – в определенных условиях в популяции становится преобладающим оптимальный для этих условий фенотип;
дизруптивный (разрывающий) – внутри популяции возникают формы, способные превратиться в новые виды.
2) Существуют микроэволюции – необратимые преобразования генетико-экологической структуры популяции, способные привести к формированию нового вида. Макроэволюция – происхождение рода, отряда, класса, развитие жизни на Земле в целом, она может осуществляться как через микроэволюции, так и вне их.

Эволюционные теории
3) Эволюционные изменения случайны и не направлены.
4) Существуют стратегии адаптации:
много ресурсов, мало хищников – рост численности, активность расселения, высокая скорость метаболизма;
ограниченность территории, конкуренция, хищники – спад прироста численности, умеренный метаболизм;
много хищников, недостаток ресурсов – поиск убежища, спячка;
крайне неблагоприятные условия – мутации, качественное изменение особей, переход в новую экологическую нишу.

Эволюционные теории
7) Другие концепции эволюции живого:
Катастрофизм (Ж. Кювье): геологическая история Земли состояла из ряда этапов спокойного развития, разделяемых бурными катастрофами. Биологические виды неизменны;
Номогенез (Л.С. Берг): признание закономерного характера изменчивости организмов, лежащей в основе эволюционного процесса. Организмы развились из многих тысяч первичных форм. Изменчивость идет к усложнению;
Коэволюция: эволюция – результат взаимодействия организмов, существует согласованность всех видов жизни. Объединение биологической и культурной эволюций.

Гипотезы о происхождении жизни на Земле
Креационизм;
Внеземные цивилизации и космический разум;
Самопроизвольное зарождение жизни;
Стационарное состояние – «живое от живого» (В.И. Вернадский, К.Э. Циолковский, виталисты); сюда же можно отнести гипотезу панспермии – семена на твердом космическом веществе (Г. Рихтер, Св. Аррениус). Это теории биогенеза.
Теория абиогенеза посредством биохимической эволюции – процесс превращения неживой природы в живую.

Биохимическая эволюция
На Земле жизнь возникла около 3,8 – 4,1 млрд лет назад в виде простейших живых организмов.
ТЕОРИЯ ОПАРИНА – ХОЛДЕЙНА:
Возникновение органических веществ;
Возникновение белков;
Возникновение белковых тел.
Водная оболочка органических молекул приобретала четкие границы и отделяла молекулу от окружающего раствора. Молекулы, окруженные водной оболочкой, объединялись, образуя многомолекулярные комплексы – коацерваты.
Далее коацерватные капли подвергались естественному отбору.

Биохимическая эволюция
СОВРЕМЕННЫЕ НАУЧНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ:
Голобиоз (субстратная концепция): первичной была протоклеточная структура, способная к элементарному обмену веществ при содействии некоторых ферментов.
Генобиоз (информационная концепция): первичной была молекулярная система с исходным генетическим кодом.
Победила концепция генобиоза: первыми живыми существами были РНК-организмы без белков и ДНК (только ферменты). Эти организмы – рибозимы (молекулы РНК с ферментной активностью). Термин «рибозим» был введен Келли Крюгер в 1982 г.