Анализ современных достижений в биологии. Интересные современные открытия в биологии

«Изучение биологии» - Генетический механизм. Актуальные вопросы в биологии. Спасибо за внимание! Методы геномики. Секвенирование ДНК. Электрофорез. Клеточная инженерия. Увеличение процессов окисления. Почему мы умираем? Танаталогия- наука о смерти. Творческое название: Вы, хотите знать больше? Тема: Новые направления биологии.

При обсуждении опыта учеников-женщин в дисциплине важно признать, что студенты не монолиты. Гендер - сложная идентичность, основанная на внутреннем опыте человека, кто он или она. Таким образом, люди могут различаться в той степени, в какой они идентифицируются с их полом, гендерными ролями , связанными с их полом, и тем, как влияет их гендерная идентичность их опыт в разных условиях , таких как классная комната . Кроме того, пол является лишь одним из множества социальных идентичностей, которые составляют, кто мы и как мы реагируем в определенных условиях .

«Игра по биологии» - Дополнения к игре. Название какой болезни произошло от латинского глагола «душить»? Не только единица скорости морских судов , но и участок стебля. Каких живых существ К. Линней отнес к классу «хаоса»? Напишите известную пословицу. Какой породы была собака в повести Д. Лондона «Белый клык »? 80. «Мохнатый шмель на душистый хмель…» Музыка А. Петрова, а чьи слова?

Так же, как и все женщины не одинаковы, не все классы биологии одинаковы. Один классный фактор, который, как было установлено, оказывает определенное влияние на достижение и участие, является гендерным принципом преподавателя. В некоторых исследованиях было установлено, что преподаватели одного и того же пола, особенно студенты-инструкторы, воспринимают как компетентные, могут улучшить работу учащихся-женщин, в то время как другие исследования не обнаружили разницы.

Первый курс в серии посвящен эволюции и экологии; вторая по молекулярной, клеточной и биологии развития; и третий по физиологии растений и животных. Студенты, принимающие вводную биологическую серию, являются преимущественно второкурсниками и специалистами по биологии. Хотя это серия из трех курсов, не все ученые специальности обязаны принимать все три. Индивидуальные занятия варьировались от 159 до более чем 900 студентов, в зависимости от срока. Методы обучения варьировались между преподавателями; некоторые из них преподавались исключительно с помощью пассивных методов обучения, в то время как другие были высокоорганизованными и интерактивными.

«Портфолио учебных достижений» - Философия портфолио. Возможность как качественной, так и количественной оценки материалов портфолио. Личный дневник школьника. Что такое портфолио? С чего все началось? Концепция. Резюме учащегося. Анализ анкетирования учащихся ГМУК № 2. Худякова Т.М. Портфолио школьника. Раздел «сводная итоговая ведомость».

Кроме того, формат экзамена варьировался от почти исключительно эссе до исключительно множественного выбора, причем большинство классов использовало форматы коротких ответов. Хотя некоторые классы преподавались одним преподавателем, большинство занятий было назначено двумя инструкторами, каждое из которых обучалось в течение 5 недель. В общей сложности 26 преподавателей обучили этим 23 классам. Гендерный пол также варьировался по этим классам: 3% преподавались исключительно одним или двумя инструкторами-мужчинами, у 5% были оба мужчины и женщины-инструкторы, а у 2% было либо один, либо два инструктора-женщины.

«Достижения астрономии» - Рассогласование с прежними наблюдениями. 1821 г. опубликованы таблицы. Самостоятельно изучал астрономию. Поиск годичного параллакса Фридрих Бессель (1784-1846). Современнейшие инструменты. Публикация. Отклонение орбиты Меркурия Долгота перигелия – за 100 лет на 527”. Поиск годичного параллакса Василий Яковлевич (Вильгельм) Струве (1793-1864).

Демографическая информация, собранная университетским регистратором, показала, что в среднем 1% учащихся этих классов идентифицируются как женщины, но это число варьировалось от 53 до 64% ​​в зависимости от конкретного класса. Еще 6% были иностранными студентами.

Исследование 1: есть ли разрыв в достижении гендерного равенства во вводной биологии?

Мы также записывали различия в уровне пола в гендерной идентичности инструкторов: 0 = нет инструкторов-женщин, 1 = половина класса, преподаваемая женщиной-инструктором, 2 = весь класс, преподаваемый женщиной-инструктором. Ответной переменной для нашего анализа была общая производительность на экзаменах в классе.

«Достижения XIX века» - Первая железная дорога пролегла между Петербургом и Москвой 1 ноября 1851г. Вывод: изменился городской транспорт, перевозки людей стали качественнее. Улицы освещались сначала керосиновыми, а потом и газовыми светильниками. Вывод: людям легче стало общаться друг с другом. Менялась мода: платья становились изысканнее, утонченнее, а также удобные в использовании.

Студенты различаются по многим параметрам, которые могут повлиять на эффективность экзамена. Мы предположили, что на экзаменационные результаты будут влиять пол и этническая принадлежность, и поэтому они включали эти термины в наши анализы. Кроме того, в том числе ковариата, который отражает некоторые аспекты академической подготовленности в наших моделях, позволяет более точно проверить влияние наших переменных, представляющих интерес, на нашу переменную результатов.

Многоуровневые модели во многом отличаются от традиционных моделей линейной регрессии. Первые многоуровневые модели представляют собой модель смешанных эффектов, которая включает фиксированные и случайные эффекты. Фиксированные эффекты обычно представляют собой переменные, представляющие интерес, и в линейных регрессиях предполагается, что все переменные фиксированы. В моделях с смешанными эффектами некоторые переменные могут быть случайными. Случайными эффектами являются случайные эффекты, которые, как можно видеть, набираются случайным образом из популяции.

«ЕГЭ по биологии 2009» - Анализ составлен на основании отчёта председателя экзаменационной комиссии ЕГЭ по биологии Воронина Л.В. Средний балл по россии 52,3 по ярославской области 54,3 по городу ярославлю 54,0. Наиболее трудные задания части С. Общие недостатки в ответах части С. Результаты егэ по биологии 2009. 100 баллов набрали 2 человека в Ярославской области , в том числе Берсенева Татьяна из гимназии №3 г. Ярославля Средний балл более 70 – школы № 80 и № 33.

Например, учащиеся, участвующие в конкретном классе, могут считаться случайным эффектом, если подмножество классов, используемых в исследовании, можно рассматривать как выбранное наугад из большего пула возможных классов. Эти предварительные результаты показывают, что размер гендерного разрыва не является уникальной особенностью конкретной комбинации структуры курса, формата экзамена или инструктора.

В этом исследовании единственным фактором класса, который мы смогли выделить, была гендерная идентичность преподавателя. Чтобы определить, какие переменные фиксированного эффекта лучше всего объясняют шаблоны в оценках экзаменов студентов, мы использовали мощную технологию мультимодальных выводов с использованием информационного критерия Акаика. Этот статистический метод обычно используется в областях экологии, эволюции и поведения, когда данные поступают из наблюдательные исследования с большим количеством возможных объясняющих переменных.

33.35 Кб

Достижения биологии в современных вариантах систематики жизни

В этот анализ были включены только студенты с полным набором этих переменных. Комбинации этих переменных дали в общей сложности 26 потенциальных моделей для описания наших данных. Общее количество тестируемых моделей было значительно ниже нашего числа наблюдений, что оправдывало полное изучение этого набора моделей. Таким образом, мы систематически изучали возможные модели наших данных и в конечном итоге выбирали модель, которая наилучшим образом соответствует данным в соответствии с статистикой выбора модели.

Результаты исследования 1: есть ли разрыв в достижении гендерного успеха во вводной биологии?

Мы также вычислили усредненные по коэффициенту регрессии коэффициенты для фиксированных эффектов в нашей модели. Наша первоначальная полная модель была следующей. Большинство из двух моделей имели большую поддержку. Лучшая модель включала три из шести возможных фиксированных эффектов. Вторая лучшая модель включала в себя две переменные инструктора.

Живая природа устроила себя гениально просто и мудро. У нее есть единственная самовоспроизводящая молекула ДНК, на которой записана программа жизни, а конкретнее, весь процесс синтеза, структура и функция белков как основных элементов жизни. Кроме сохранения программы жизни молекула ДНК выполняет еще одну важнейшую функцию – ее самовоспроизведение, копирование создают преемственность между поколениями, непрерывность нити жизни. Единожды возникнув, жизнь самовоспроизводится в огромном разнообразии, которое обеспечивает ее устойчивость, приспособленность к разнообразным условиям среды и эволюцию.

Переменная идентичности студента была относительной переменной важности 1 и присутствовала во всех шести лучших моделях , что подразумевало, что гендерные аспекты оказывают последовательное и надежное воздействие. В наших анализах был подтвержден основной эффект гонки на экзаменационных пунктах. Он также присутствует только в пятой наиболее хорошо поддерживаемой модели, и эта модель не имеет большой поддержки по сравнению с лучшей моделью.

Используя модельные средние коэффициенты, которые включают эту неопределенность в отношении взаимосвязи между гендерной идентичностью преподавателя и успеваемостью учащихся, мы обнаруживаем, что только взаимодействие между гендерной идентичностью учащихся и женщинами исключительно обучает этот класс, что оказывает значительное положительное влияние на производительность экзамена студента. Это будет означать, что гендерный разрыв в классе с двумя женщинами-инструкторами будет уменьшен с 11 пунктов до 7 баллов.

Современные биотехнологии

Современная биология – область стремительных и фантастических преобразований в биотехнологии.

Биотехнологии основаны на использовании живых организмов и биологических процессов в промышленном производстве. На их базе освоено массовое производство искусственных белков, питательных и многих других веществ, по многим свойствам превосходящих продукты естественного происхождения. Успешно развивается микробиологический синтез ферментов, витаминов, аминокислот, антибиотиков и т.п. С применением генных технологий и естественных биоорганических материалов синтезируются биологически активные вещества - гормональные препараты и соединения, стимулирующие иммунитет.

Исследование 2: Существуют ли гендерные пробелы в участии во взаимодействии студентов и преподавателей всего класса. В течение 2-летнего периода 26 инструкторов преподавали вводную серию биологии. Хотя многие преподаватели преподавали курсы более одного раза в течение этого 2-летнего периода, данные об участии собирались только из одной четверти для каждого из 26 инструкторов. Мы наблюдали отдельные занятия в классе для определения коэффициентов участия. обнаружил, что два обученных человека, каждый из которых наблюдает за одной 45-минутной сессией класса учителя, имеют оценку достоверности 67 баллов, и это парное наблюдение за одной сессией так же надежно, как и независимые наблюдения за четырьмя сеансами. быть консервативным и увеличивать количество отобранных студентов-учителей, мы случайно выбрали три занятия класса для каждого инструктора.

Современная биотехнология позволяет превратить отходы древесины, соломы и другое растительное сырье в ценные питательные белки. Она включает процесс гидролизации промежуточного продукта - целлюлозы - и нейтрализацию образующейся глюкозы с введением солей. Полученный раствор глюкозы представляет собой питательный субстрат микроорганизмов – дрожжевых грибков. В результате жизнедеятельности микроорганизмов образуется светло-коричневый порошок – высококачественный пищевой продукт, содержащий около 50% белка-сырца и различные витамины. Питательной средой для дрожжевых грибков могут служить и такие содержащие сахар растворы, как паточная барда и сульфитный щелок, образующийся при производстве целлюлозы.

В этом исследовании мы сосредоточились исключительно на словесных взаимодействиях учащихся, которые произошли в контексте всего класса. Хотя есть и другие способы для того, чтобы студенты могли взаимодействовать в классе, нам не удалось проанализировать эти разговоры с помощью всех видеозаписей всего класса.

Событие было закодировано как спонтанный студенческий вопрос, когда студент задал инструктору неуправляемый вопрос или был вызван только в целом: «У кого-нибудь есть вопрос?» Ответы добровольцев характеризовались учащимися, поднимающими руки или выкрикивающими ответы по собственному желанию в ответ на вопросы инструктора. В этих ответах добровольцев участвовали только те ученики, которые решили участвовать. Случайный вызов имеет определенную структуру, похожую на холодную, с инструктором, призывающим студентов по имени отвечать на вопросы, которые слышен весь класс.

Некоторые виды грибков превращают нефть, мазут и природный газ в пищевую биомассу, богатую белками. Так, из 100 т неочищенного мазута можно получить 10 т дрожжевой биомассы, содержащей 5 т чистого белка и 90 т дизельного топлива. Столько же дрожжей производится из 50 т сухой древесины или 30 тыс. м3 природного газа. Для производства данного количества белка потребовалось бы стадо коров из 10 000 голов, а для их содержания нужны огромные площади пахотных земель. Промышленное производство белков полностью автоматизировано, и дрожжевые культуры растут в тысячи раз быстрее, чем крупный рогатый скот. Одна тонна пищевых дрожжей позволяет получить около 800 кг свинины, 1,5-2,5 т птицы или 15-30 тыс. яиц и сэкономить при этом до 5 т зерна.

Однако случайный вызов отличается от холодного вызова тем, что инструктор не принимает решения о том, кого он или она вызовет. Вместо этого инструктор приходит в класс с рандомизированным списком классов и вызывает имена учеников в порядке, в котором имена отображаются в этом списке. Наблюдатели смогли отличить случайный звонок от ответов добровольцев в видео, наблюдая за поведением инструктора. При случайном вызове инструктор вызывает имена студентов и фамилий, не дожидаясь добровольцев, и их часто можно увидеть, ссылаясь на список, прежде чем произнести имя студента.

Практическое применение достижений современной биологии уже в настоящее время позволяет получать промышленным путем значительные количества биологически активных веществ.

Биотехнология, по-видимому, уже в ближайшие десятилетия займет лидирующее положение и, возможно, определит лицо цивилизации XXI века.

Генные технологии

Генетика – важнейшая область современной биологии.

На основе генной инженерии родилась современная биотехнология. В мире сейчас колоссальное количество фирм, занимающихся бизнесом в этой области. Они делают все: от лекарств, антител, гормонов, пищевых белков до технических вещей – сверхчувствительных датчиков (биосенсоров), компьютерных микросхем, хитиновых диффузоров для хороших акустических систем. Генно-инженерная продукция завоевывает мир, она безопасна в экологическом отношении.

На начальной стадии развития генных технологий был получен ряд биологически активных соединений - инсулин, интерферон и др. Современные генные технологии объединяют химию нуклеиновых кислот и белков, микробиологию, генетику, биохимию и открывают новые пути решения многих проблем биотехнологии, медицины и сельского хозяйства.

Генные технологии основаны на методах молекулярной биологии и генетики, связанных с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов. Основная операция генной технологии заключается в извлечении из клеток организма гена, кодирующего нужный продукт, или группы генов и соединение их с молекулами ДНК, способными размножаться в клетках другого организма.

ДНК, хранящаяся и работающая в клеточном ядре, воспроизводит не только саму себя. В нужный момент определенные участки ДНК – гены – воспроизводят свои копии в виде химически подобного полимера – РНК, рибонуклеиновой кислоты, которые в свою очередь служат матрицами для производства множества необходимых организму белков. Именно белки определяют все признаки живых организмов. Основная цепь событий на молекулярном уровне:

ДНК -> РНК -> белок

В этой строчке заключена так называемая центральная догма молекулярной биологии.

Генные технологии привели к разработке современных методов анализа генов и геномов, а они, в свою очередь, - к синтезу, т.е. к конструированию новых, генетически модифицированных микроорганизмов. К настоящему времени установлены нуклеотидные последовательности разных микроорганизмов, включая промышленные штаммы, и те, которые нужны для исследования принципов организации геномов и для понимания механизмов эволюции микробов. Промышленные микробиологи, в свою очередь, убеждены, что знание нуклеотидных последовательностей геномов промышленных штаммов позволит «программировать» их на то, чтобы они приносили большой доход.

Клонирование эукариотных (ядерных) генов в микробах и есть тот принципиальный метод, который привел к бурному развитию микробиологии. Фрагменты геномов животных и растений для их анализа клонируют именно в микроорганизмах. Для этого в качестве молекулярных векторов, переносчиков генов, используют искусственно созданные плазмиды, а также множество других молекулярных образований для выделения и клонирования.

С помощью молекулярных проб (фрагментов ДНК с определенной последовательностью нуклеотидов) можно определять, скажем, заражена ли донорская кровь вирусом СПИДа. А генные технологии для идентификации некоторых микробов позволяют следить за их распространением, например, внутри больницы или при эпидемиях.

Генные технологии производства вакцин развиваются в двух основных направлениях. Первое - улучшение уже существующих вакцин и создание комбинированной вакцины, т.е. состоящей из нескольких вакцин. Второе направление - получение вакцин против болезней: СПИДа, малярии, язвенной болезни желудка и др.

За последние годы генные технологии значительно улучшили эффективность традиционных штаммов-продуцентов. Например, у грибного штамма-продуцента антибиотика цефалоспорина увеличили число генов, кодирующих экспандазу, активность, которой задает скорость синтеза цефалоспорина. В итоге выработка антибиотика возросла на 15-40%.

Проводится целенаправленная работа по генетической модификации свойств микробов, используемых в производстве хлеба, сыроварении, молочной промышленности, пивоварении и виноделии, чтобы увеличить устойчивость производственных штаммов, повысить их конкурентоспособность по отношению к вредным бактериям и улучшить качество конечного продукта.

Генетически модифицированные микробы приносят пользу в борьбе с вредными вирусами и микробами и насекомыми. Например:

Устойчивость растений к гербицидам, что важно для борьбы с сорняками, засоряющими поля и снижающими урожай культивируемых растений. Получены и используются гербицидоустойчивые сорта хлопчатника, кукурузы, рапса, сои, сахарной свеклы, пшеницы и других растений.

Устойчивость растений к насекомым-вредителям. Разработка белка дельта-эндотоксину, продуцируемого разными штаммами бактерии Bacillus turingensis. Этот белок токсичен для многих видов насекомых и безопасен для млекопитающих, в том числе для человека.

Устойчивость растений к вирусным заболеваниям. Для этого в геном растительной клетки вводятся гены, блокирующие размножения вирусных частиц в растениях, например интерферон, нуклеазы. Получены трансгенные растения табака, томатов и люцерны с геном бета-интерферона.

Кроме генов в клетках живых организмов, в природе существуют также независимые гены. Они называются вирусами, если могут вызвать инфекцию. Оказалось, что вирус – это не что иное, как упакованный в белковую оболочку генетический материал. Оболочка – чисто механическое приспособление, как бы шприц, для того, чтобы упаковать, а затем впрыснуть гены, и только гены, в клетку-хозяина и отвалиться. Затем вирусные гены в клетке начинают репродуцировать на себе свои РНК и свои белки. Все это переполняет клетку, она лопается, гибнет, а вирус в тысячах копий освобождается и заражает другие клетки.

Болезнь, а иногда даже смерть вызывают чужеродные, вирусные белки. Если вирус «хороший», человек не умирает, но может болеть всю жизнь. Классический пример – герпес, вирус которого присутствует в организме 90% людей. Это самый приспособленный вирус, обычно заражающий человека в детском возрасте и живущий в нем постоянно.

Таким образом, вирусы – это, в сущности, изобретенное эволюцией биологическое оружие: шприц, наполненный генетическим материалом.

Теперь пример уже из современной биотехнологии, пример операции с зародышевыми клетками высших животных ради благородных целей. Человечество испытывает трудности с интерфероном – важным белком, обладающим противораковой и противовирусной активностью. Интерферон вырабатывается животным организмом, в том числе и человеческим. Чужой, не человеческий, интерферон для лечения людей брать нельзя, он отторгается организмом или малоэффективен. Человек же вырабатывает слишком мало интерферона для его выделения с фармакологическими целями. Поэтому было сделано следующее. Ген человеческого интерферона был введен в бактерию, которая затем размножалась и в больших количествах нарабатывала человеческий интерферон в соответствии с сидящим в ней человеческим геном. Сейчас эта, уже стандартная техника применяется во всем мире. Точно так же, и уже довольно давно, производится генно-инженерный инсулин. С бактериями, однако, возникает много сложностей при очистке нужного белка от бактериальных примесей. Поэтому начинают от них отказываться, разрабатывая методы введения нужных генов в высшие организмы. Это труднее, но дает колоссальные преимущества. Сейчас, в частности, уже широко распространено молочное производство нужных белков с использованием свиней и коз. Принцип здесь, очень коротко и упрощенно, таков. Из животного извлекают яйцеклетки и вставляют в их генетический аппарат , под контроль генов белков молока животного, чужеродные гены, определяющие выработку нужных белков: интерферона, или необходимых человеку антител, или специальных пищевых белков. Потом яйцеклетки оплодотворяют и возвращают в организм. Часть потомства начинает давать молоко, содержащее необходимый белок, а из молока выделить его уже достаточно просто. Получается значительно дешевле, безопаснее и чище.

Таким же путем были выведены коровы, дающие «женское» молоко (коровье молоко с необходимыми человеческими белками), пригодное для искусственного вскармливания человеческих младенцев. А это сейчас довольно серьезная проблема.

В целом можно сказать, что в практическом плане человечество достигло довольно опасного рубежа. Научились воздействовать на генетический аппарат, в том числе и высших организмов. Научились направленному, избирательному генному воздействию, продуцированию так называемых трансгенных организмов – организмов, несущих любые чужеродные гены. ДНК – это вещество, с которым можно манипулировать. В последние два-три десятилетия возникли методы, с помощью которых можно разрезать ДНК в нужных местах и склеивать с любым другим кусочком ДНК. Более того, могут вырезать и вставлять не только определенные готовые гены, но и рекомбинанты – комбинации разных, в том числе и искусственно созданных генов. Это направление получило название генной инженерии. Человек стал генным инженером. В его руках, в руках не столь уже совершенного в интеллектуальном отношении существа, появились безграничные, гигантские возможности - как у Господа Бога.

Современная цитология

Новые методы, особенно электронная микроскопия, применение радиоактивных изотопов и высокоскоростного центрифугирования, позволяют достичь огромных успехов в изучении строения клетки. В разработке единой концепции физико-химических аспектов жизни цитология все больше сближается с другими биологическими дисциплинами. При этом ее классические методы , основанные на фиксации, окрашивании и изучении клеток под микроскопом, по-прежнему сохраняют практическое значение.

Цитологические методы используются, в частности, в селекции растений для определения хромосомного состава растительных клеток. Такие исследования оказывают большую помощь в планировании экспериментальных скрещиваний и оценке полученных результатов. Аналогичный цитологический анализ проводится и на клетках человека: он позволяет выявить некоторые наследственные заболевания, связанные с изменением числа и формы хромосом. Такой анализ в сочетании с биохимическими тестами используют, например, при амниоцентезе для диагностики наследственных дефектов плода.

Однако самое важное применение цитологических методов в медицине – это диагностика злокачественных новообразований. В раковых клетках , особенно в их ядрах, возникают специфические изменения. Злокачественные образования – это не что иное, как отклонения в нормальном процессе развития вследствие выхода из-под контроля управляющих развитием систем, в первую очередь генетических. Цитология является достаточно простым и высокоинформативным методом скрининговой диагностики различных проявлений папилломавируса. Это исследование проводится как у мужчин, так и у женщин.

Описание работы

На основании последних научных достижений современной биологической науки дано следующее определение жизни: «Жизнь – это открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы совокупностей живых организмов, построенные из сложных биологических полимеров – белков и нуклеиновых кислот» (И. И. Мечников).
Достижения биологии последнего времени привели к возникновению принципиально новых направлений в науке. 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 не встречающимися в природе, комбинациями наследственных признаков и свойств. Она открывает возможности выведения новых сортов культурных растений и высокопродуктивных пород животных, создания эффективных лекарственных препаратов и т.д.

Десять крупнейших достижений десятилетия в биологии и медицине Версия независимого эксперта

Новые высокопроизводительные методы секвенирования ДНК – «цена» генома падает

МикроРНК – о чем молчал геном

Новые высокопроизводительные методы секвенирования ДНК – «цена» генома падает

Один из основателей знаменитой фирмы «Intel» Г. Мур в свое время сформулировал эмпирический закон, который до сих пор выполняется: производительность компьютеров будет удваиваться каждые два года. Производительность секвенаторов ДНК, с помощью которых проводят расшифровку нуклеотидных последовательностей ДНК и РНК, растет даже быстрее чем по «закону Мура». Соответственно, падает стоимость чтения геномов.

Так, затраты на проведение работ по проекту «Геном человека», который завершился в 2000 г., составили 13 млрд долларов. Появившиеся позднее новые массовые технологии секвенирования были основаны на параллельном анализе множества фрагментов ДНК (сначала – в микролунках, а сейчас – в миллионах микроскопических капель). В результате, например, расшифровка генома знаменитого биолога Д. Уотсона, одного из авторов открытия структуры ДНК, которая в 2007 г. обошлась в 2 млн долларов, всего через два года «стоила» уже 100 тыс. долларов.

В 2011 г. фирма «Ion torrent», предложившая новый метод секвенирования на основе измерения концентрации ионов водорода, выделяющихся при работе ферментов ДНК-полимераз, прочитала геном самого Мура. И хотя стоимость этой работы не оглашалась, создатели новой технологии обещают, что чтение любого генома человека не должно в будущем превышать 1 тыс. долларов. А их конкуренты – создатели еще одной новой технологии, секвенирования ДНК в нанопорах, уже в нынешнем году представили прототип устройства, на котором, потратив несколько тысяч долларов, можно секвенировать геном человека за 15 минут.

Синтетическая биология и синтетическая геномика – как просто стать Богом

Информация, накопленная за полвека развития молекулярной биологии, сегодня позволяет ученым создавать живые системы, никогда не существовавшие в природе. Как оказалось, сделать это совсем нетрудно, особенно если начать с чего-то уже известного и ограничить свои притязания такими несложными организмами, как бактерии.

В наши дни в США даже проводится специальный конкурс iGEM (International Genetically Engineered Machine), в котором студенческие команды соревнуются в том, кто сможет придумать наиболее интересную модификацию обычных бактериальных штаммов, используя набор стандартных генов. Например, пересадив в широко известную кишечную палочку (Escherichia coli ) набор из одиннадцати определенных генов, можно заставить колонии этих бактерий, растущие ровным слоем на чашке Петри, стабильно менять цвет там, где на них падает освещение. В результате можно получить их своеобразные «фотографии» с разрешением, равным размеру бактерии, т. е. около 1 мкм. Создатели этой системы дали ей имя «Колироид», скрестив видовое имя бактерии и название знаменитой фирмы «Поляроид».

В этой области есть и свои мегапроекты. Так, в фирме одного из отцов геномики К. Вентера был синтезирован из отдельных нуклеотидов геном бактерии-микоплазмы, который не похож ни на один из существующих микоплазменных геномов. Эту ДНК заключили в «готовую» бактериальную оболочку убитой микоплазмы и получили работающий, т.е. живой организм с полностью синтетическим геномом.

Лекарства от старения – путь к «химическому» бессмертию?

Сколько ни пытались за тысячи лет создать панацею от старения, легендарное средство Макропулоса так и осталось недосягаемым. Но и в этом, казалось бы, фантастическом направлении появляются подвижки.

Так, в начале прошедшего десятилетия большой бум в обществе произвел ресвератрол – вещество, выделенное из кожуры ягод красного винограда. ­Сначала с его помощью удалось значительно продлить жизнь клеткам дрожжей, а потом – и многоклеточным животным, микроскопическим червям-нематодам, плодовым мушкам-дрозофилам и даже аквариумным рыбкам. Потом внимание специалистов привлек рапамицин – антибиотик, впервые выделенный из почвенных бактерий-стрептомицетов с о. Пасхи. С его помощью удалось продлить жизнь не только клеткам дрожжей, но даже лабораторным мышам, которые жили на 10-15 % дольше.

Сами по себе эти препараты вряд ли будут широко применять для продления жизни: тот же рапамицин, к примеру, подавляет иммунную систему и повышает риск инфекционных заболеваний. Однако сейчас ведутся активные исследования механизмов действия этих и подобных веществ. И если это удастся, то мечта о безопасных лекарственных средствах для продления жизни вполне может стать явью.

Использование стволовых клеток в медицине – ждем революцию

Сегодня в базе данных клинических испытаний Нацио­нальных институтов здоровья США пере­числено почти полтысячи работ с использованием стволовых клеток, находящихся на разных стадиях исследования

Однако настораживает тот факт, что первое из них, касающееся использования клеток нервной системы (олигодендроцитов) для лечения травм спинного мозга, было прервано в ноябре 2011 г. по неизвестной причине. После этого американская компания «Geron Corporation» – один из пионеров в области «стволовой» биологии, которая проводила это исследование, объявила о полном сворачивании своих работ в этой области.

Тем не менее, хочется верить, что медицинское применение стволовых клеток со всеми их волшебными возможностями не за горами.

Древняя ДНК – от неандертальца до чумной бактерии

В 1993 г. вышел фильм «Парк Юрского периода», в котором на экране гуляли монстры, воссозданные из остатков ДНК из крови динозавров, сохранившейся в желудке замурованного в янтаре комара. В тот же год один из крупнейших авторитетов в области палеогенетики, английский биохимик Т. Линдал заявил, что даже при самых благоприятных условиях из ископаемых остатков нельзя извлечь ДНК старше 1 млн лет. Скептик оказался прав – ДНК дино­завров так и осталась недоступной, однако успехи в техническом совершенствовании методов извлечения, амплификации и секвенирования более молодой ДНК, достигнутые за последнее десятилетие, впечатляют.

На сегодня полностью или частично прочитаны геномы неандертальца, недавно открытого денисовца и множества ископаемых останков Homo sapiens , а также мамонта, мастодонта, пещерного медведя… Что касается более далекого прошлого, то была изучена ДНК из хлоропластов растений, чей возраст датируется 300-400 тыс. лет, и ДНК бактерий возрастом 400-600 тыс. лет.

Из исследований более «молодой» ДНК стоит отметить расшифровку генома штамма вируса гриппа, вызвавшего 1918 г. эпидемию знаменитой «испанки», и генома штамма чумной бактерии, опустошившей ­Европу в XIV в.; в обоих случаях материалы для анализа были выделены из захороненных останков умерших от болезни.

Нейропротезирование – человек или киборг?

Эти достижения принадлежат скорее к инженерной, а не биологической мысли, но от этого они не смотрятся менее фантастическими.

Вообще простейший тип нейропротеза – электронный слуховой аппарат – был изобретен еще более полувека назад. Микрофон этого устройства улавливает звук и передает электрические импульсы непосредственно на слуховой нерв или в ствол головного мозга – таким образом можно вернуть слух даже пациентам с полностью разрушенными структурами среднего и внутреннего уха.

Взрывообразное развитие микроэлектроники ­за по­следний десяток лет позволило создать такие виды нейро­протезов, что впору говорить о возможности скорого превращения человека в киборга. Это и искусственный глаз, действующий по тому же принципу, что и слуховой прибор; и электронные подавители проведения болевых импульсов через спинной мозг; и автоматические искусственные конечности, способные не только воспринимать управляющие импульсы мозга и выполнять действия, но и передавать ощущения обратно в мозг; и электромагнитные стимуляторы зон мозга, пораженных при болезни Паркинсона.

Сегодня уже ведутся исследования, касающиеся возможности интеграции разных отделов мозга с компьютерными микросхемами для улучшения умственных способностей. И хотя до полной реализации этой идеи далеко, но видеоклипы, показывающие людей с искусственными руками, уверенно пользующихся ножом и вилкой и играющими в настольный футбол, поражают воображение.

Нелинейная оптика в микроскопии – увидеть невидимое

Из курса физики студенты твердо усваивают понятие дифракционного предела: в самый лучший оптический микроскоп невозможно увидеть объект, размеры которого меньше половины длины волны, разделенной на показатель преломления среды. При длине волны 400 нм (фиолетовая область видимого спектра) и показателе преломления около единицы (как у воздуха) объекты мельче 200 нм неразличимы. А именно в этот размерный диапазон попадают, например, вирусы и множество интереснейших внутриклеточных ­структур.

Поэтому в последние годы широкое развитие в биологической микроскопии получили методы нелинейной и флуоресцентной оптики, для которых понятие дифракционного предела неприменимо. Сейчас такими методами удается в деталях исследовать внутреннее строение клеток.

Дизайнерские белки – эволюция в пробирке

Как и в синтетической биологии, речь идет о создании небывалого в природе, только на этот раз не новых организмов, а отдельных белков с необычными свойст­вами. Желать этого можно с помощью как усовершен­ствованных методов компьютерного моделирования, так и «эволюции в пробирке» – например, проводить селекцию искусственных белков на поверхно­сти специально созданных для этой цели бактериофагов.

В 2003 г. ученые из Вашингтонского университета с использованием методов компьютерного предсказания структуры создали белок Top7 – первый в мире ­белок, структура которого не имеет аналогов в живой природе. А на основе известных структур так называемых «цинковых пальцев» – элементов белков, узнающих участки ДНК с разной последовательностью, удалось создать искусственные ферменты, расщепляющие ДНК в любом заведомо заданном месте. Такие ферменты сейчас широко используются как инструменты для манипуляций с геномом: например, с их помощью можно удалить из генома человеческой клетки дефектный ген и заставить клетку заменить его нормальной копией.

Персонализированная медицина – получаем генные паспорта

Идея, что разные люди и болеют, и должны лечиться по-разному, далеко не нова. Даже если забыть про разный пол, возраст и образ жизни и не учитывать генетически обусловленные наследственные заболевания, все равно наш индивидуальный набор генов уникальным образом может влиять как на риск развития множе­ства болезней, так и на характер действия лекарств на организм.

Многие слышали про гены, дефекты в которых повышают риск развития онкозаболеваний. Другой пример касается приема гормональных контрацептивов: в случае, если женщина несет нередкий для европейцев «лейденский» ген фактора V (одного из белков системы свертывания крови), у нее резко повышается риск тромбоза, так как и гормоны, и этот вариант гена повышают свертываемость крови.

С развитием методов определения последовательно­сти ДНК стало возможным составление индивидуальных карт генетического здоровья: можно установить, какие известные варианты генов, связанных с заболеваниями или с ответом на лекарственные препараты, имеются в геноме конкретного человека. На основании такого анализа можно давать рекомендации о наиболее подходящем режиме питания, о необходимых профилактических осмотрах и о предосторожностях при применении тех или иных лекарств.

МикроРНК – о чем молчал геном

В 1990-х гг. было открыто явление РНК-интерференции – способности малых двуцепочечных дезоксирибонуклеиновых кислот снижать активность генов за счет деградации считываемых с них матричных РНК, на которых синтезируются белки. Оказалось, что клетки активно используют такой путь регуляции, синтезируя микроРНК, которые потом и разрезаются на фрагменты нужной длины.

Первая микроРНК была открыта в 1993 г., вторая – только через семь лет, при этом в обоих исследованиях была использована нематода Caenorhabditis elegans , которая сейчас служит одним из основных экспериментальных объектов в биологии развития. Зато потом открытия посыпались, как из рога изобилия.

Оказалось, что микроРНК участвуют и в эмбриональном развитии человека, и в патогенезе онкологических, сердечно-сосудистых и нервных заболеваний. А когда стало возможным одновременно прочитать последовательности всех РНК в клетке человека, оказалось, что огромная часть нашего генома, которая раньше считалась «молчащей», потому что не содержит генов, кодирующих белки, на самом деле служит матрицей для считывания микроРНК и других некодирующих РНК.

Д. б. н. Д. О. Жарков (Институт химической
биологии и фундаментальной медицины
СО РАН, Новосибирск) ­

Если вы идете по пляжу и находите интересный камешек-окаменелость, вы сразу понимаете, что она может принадлежать давно вымершему виду. Мысль о том, что виды вымирают, настолько привычна нам, что трудно даже представить время, когда люди думали, что каждый отдельный тип существ все еще живет где бы то ни было. Люди верили, что Бог создал все - зачем бы ему стало создать что-то, что не сможет выжить?

Джордж Кювье был первым человеком, который задался таким вопросом. В 1796 году он написал статью о слонах, в которой описал африканские и азиатские разновидности. Также он упомянул о третьем типе слонов, известному науке только по его костям. Кювье отметил ключевые отличия в форме челюсти третьего слона и предположил, что этот вид должен быть совершенно отдельным. Ученый назвал его мастодонтом, но где же тогда живые особи?

По мнению Кювье, «все эти факты находятся в соответствии между собой и не противоречат ни одному другому сообщению, поэтому мне кажется возможным доказать существование мира, предшествующего нашему и разрушенному вследствие своего рода катастрофы». Он не остановился только на этой революционной идее. Кювье изучил окаменелости других древних животных - попутно введя термин «птеродактиль» - и выяснил, что некогда рептилии были доминирующим видом.

Первые клетки, выращенные вне тела

Если биолог хочет провести исследование внутренней работы животных клеток, гораздо проще, если эти клетки не являются частью животного в это время. В настоящее время биологи культивируют широкие полоски клеток в пробирке, что значительно облегчает задачу. Первым человеком, который попытался сохранить клетки живыми вне тела хозяина, был Вильгелм Ру, немецкий зоолог. В 1885 году он поместил часть эмбриона курицы в солевой раствор и сохранял его живым в течение нескольких дней.

В течение нескольких десятилетий продолжались исследования с использованием именно этого метода, но в 1907 кто-то вдруг решил вырастить новые клетки в растворе. Росс Харрисон взял ткани эмбриона лягушки и смог вырастить на их основе новые нервные волокна, которые затем сохранял живыми в течение месяца. Сегодня клеточные образцы можно поддерживать живыми почти бесконечно - ученые до сих пор экспериментируют с клеточными тканями женщины, которая умерла 50 лет назад.

Открытие гомеостаза

Вы наверняка слышали что-нибудь о гомеостазе, но в целом очень легко забыть, насколько он важен. Гомеостаз - это один из четырех важных принципов современной биологии, наряду с эволюцией, генетикой и клеточной теорией. Основная идея умещается в короткую фразу: организмы регулируют свою внутреннюю среду. Но как и в случае с другими важными понятиями, которые можно уместить в короткую и емкую фразу - объекты с массой притягиваются друг к другу, вращается вокруг Солнца, никакого подвоха нет - это действительно важное понимание природы нашего мира.

Впервые идею гомеостаза выдвинул Клод Бернар, плодовитый ученый середины 19 века, которому не давала спать слава Луи Пастера (хотя они и были друзьями). Бернар добился серьезных успехов в понимании физиологии, несмотря на то что его любовь к вивисекции уничтожила его первый брак - жена взбунтовалась. Но истинная важность гомеостаза - который он называл milleu interieur - была признана спустя десятилетия после смерти Бернара.

В лекции 1887 года Бернар объяснял свою теорию так: «Живое тело, хотя и нуждающееся в окружающей среде, относительно от него независимо. Эта независимость от внешней среды проистекает из того факта, что в живом существе ткани, по сути, отделены от прямых внешних воздействий и защищены истинной внутренней средой, которая состоит, в частности, из жидкостей, циркулирующих в теле».

Ученые, которые опережают свое время, зачастую остаются непризнанными, но другой работы Бернара было достаточно, чтобы укрепить его репутацию. Тем не менее науке понадобилось почти 50 лет, чтобы проверить, подтвердить и оценить его наиболее важную идею. Запись о нем в энциклопедии «Британника» за 1911 год вообще ничего не говорит о гомеостазе. Шестью годами спустя та же статья о Бернаре называет гомеостаз «важнейшим достижением эпохи».

Первое выделение фермента

О ферментах, как правило, впервые узнают в школе, но если вы прогуливали уроки, объясним: это большие белки, которые помогают протеканию химических реакций. Кроме того, на их основе делают эффективный стиральный порошок. Также они обеспечивают десятки тысяч химических реакций в живых организмах. Ферменты (энзимы) так же важны для жизни, как и ДНК - наш генетический материал не может копировать себя без них.

Первым обнаруженным ферментом была амилаза, которую также называют диастазей, и она находится у вас во рту прямо сейчас. Она разбивает крахмал на сахар и была обнаружена французским промышленным химиком Ансельмом Пайеном в 1833 году. Он выделил фермент, но смесь оказалась не очень чистой. Долгое время биологи полагали, что извлечение чистого фермента может быть невозможным.

Понадобилось почти 100 лет, чтобы американский химик Джеймс Батчлер Самнер доказал их неправоту. В начале 1920-х годах Самнер занялся выделением фермента. Его цели были настолько дерзкими, что фактически стоили ему дружбы со многими ведущими экспертами в этой области, которые думали, что его план провалится. Самнер продолжал и в 1926 году выделил уреазу, фермент, который расщепляет мочевину на химические компоненты. Некоторые из его коллег сомневались в результатах годами, но в итоге и им пришлось сдаться. Работа Самнера принесла ему Нобелевскую премию в 1946 году.

Предположение, что у всей жизни есть общий предок

Кто первым предположил, что вся жизнь развилась из одной твари? Вы скажете: . Да, Дарвин развил эту идею - в своем «Происхождении видов» он писал следующее: «Есть определенное величие в таком взгляде на такую жизнь, с ее различными проявлениями, которая изначально воплотилась в несколько форм или в одну». Тем не менее, хотя мы нисколько не преуменьшаем достижения Дарвина, идея общего предка была высказана десятилетиями ранее.

В 1740 году знаменитый француз Пьер Луи Моро де Мопертюи предположил, что «слепая судьба» произвела широкий круг индивидуумов, из которых выжили только самые способные. В 1790-х Иммануил Кант отмечал, что это могло бы относиться к изначальному предку жизни. Спустя пять лет Эразм Дарвин написал: «Было бы слишком смелым предположить, что все теплокровные животные произошли от одной живой нити?». Его внук Чарльз решил, что нет никакого «слишком» и предположил.

Изобретение окрашивания клеток

Если вы когда-либо видели фотографии клеток, сделанных с помощью микроскопа (или сами на них смотрели), есть весьма высокий шанс, что они были сперва окрашены. Окрашивание позволяет нам видеть те части клетки, которые обычно не видны, и в целом увеличивают четкость картинки. Есть куча разных методов окрашивания клеток, и это одна из самых фундаментальных техник в микробиологии.

Первым человеком, который подкрасил образец для исследования под микроскопом, был Ян Сваммердам, голландский натуралист. Сваммердам больше известен за открытие эритроцитов, но он также сделал себе карьеру, разглядывая все под микроскопом. В 1680-е годы он писал о «цветных ликворах» расчлененных червей, которые «позволяют лучше обозначить внутренние части, ведь они одного цвета».

К сваммердамовому сожалению, этот текст не был опубликован еще по меньшей мере лет 50, а к моменту опубликования Ян был уже мертв. В то же время его земляк и натуралист Антони ван Левенгук независимо от Сваммердама пришел к такой же идее. В 1719 году Левенгук использовал шафран для окрашивания мышечных волокон для дальнейшей экспертизы и считается отцом этой методики. Поскольку оба мужчины пришли к этой идее независимо и все равно сделали себе репутацию пионеров микроскопии, им, наверное, все сложилось весьма удачно для них.

Развитие клеточной теории

«Каждое живое существо состоит из клеток», - эта фраза для нас так же привычна, как и «Земля не плоская». Сегодня клеточная теория воспринимается как само собой разумеющееся, но на самом деле она была за гранью познанного до 19 века, еще 150 лет после того, как Роберт Гук впервые увидел клетки в микроскоп. В 1824 году Анри Дуроче написал о клетке: «Очевидно, что она представляет собой базовую единицу упорядоченного состояния; действительно, все в конечном счете происходит из клетки».

Помимо того, что клетка представляет собой основную единицу жизни, клеточная теория также подразумевает, что новые клетки формируются при делении другой клетки на две. Дуроче пропустил эту часть (по его мнению, новые клетки образуются внутри своего родителя). Окончательное понимание того, что клетки делятся для размножения, принадлежит другому французу, Бартелеми Дюмортье, но также были и другие люди, внесшие весомый вклад в развитие идей о клетках (Дарвин, Галилей, Ньютон, Эйнштейн). Клеточная теория создавалась маленькими лептами, примерно так же, как сегодня современная наука.

Секвенирование ДНК

До недавней кончины, британский ученый Фредерик Сэнгер был единственным живым человеком, который получил две Нобелевских премии. Именно работа на вторую премию привела к тому, что он попал наш в список. В 1980 он получил главный научный приз вместе с Уолтером Гилбертом, американским биохимиком. В 1977 году они опубликовали метод, который позволяет выяснить последовательность строительных блоков в цепи ДНК.

Значение этого прорыва отражается в том, как быстро Нобелевский комитет наградил ученых. В конечном счете метод Сэнгера стал дешевле и проще, стал стандартом на целую четверть века. Сэнгер проложил путь для революций в областях уголовного правосудия, эволюционной биологии, медицина и многих других.

Открытие вирусов

В 1860-х Луи Пастер прославился за свою микробную теорию болезней. Но микробы Пастера были только половиной дела. Ранние сторонники микробной теории думали, что все инфекционные заболевания вызываются бактериями. Но оказалось, что простуду, грипп, ВИЧ и другие бесконечные проблемы со здоровьем вызывает нечто совсем другое - вирусы.

Мартинус Бейеринк первым понял, что не только бактерии виноваты во всем. В 1898 году он взял сок из растений табака, больных так называемой мозаичной болезнью. Затем отфильтровал сок через сито настолько мелкое, что оно должно было отфильтровать все бактерии. Когда Бейеринк помазал соком здоровые растения, они все равно заболели. Он повторил эксперимент - и все равно заболели. Бейеринк пришел к выводу, что есть что-то еще, возможно жидкость, что вызывает проблемы. Заразу он назвал vivum fluidum, или растворимыми живыми бактериями.

Также Бейеринк подобрал старое английское слово «вирус» и наделил им таинственного агента. Открытие того, что вирусы не были жидкими, принадлежит американцу Уэнделлу Стэнли. Он родился спустя шесть лет после открытия Бейеринка и, по-видимому, сразу понял, что нужно делать. За работы по вирусам Стэнли разделил Нобелевскую премию по химии 1946 года. Помните, с кем разделил? Да, с Джеймсом Самнером за работу по ферментам.

Отказ от преформизма

Одной из самых необычных идей в истории был преформизм, когда-то ведущая теория о создании младенца. Как следует из названия, теория предполагала, что все создания были созданы предварительно - то есть их форма уже была готова до начала их роста. Проще говоря, люди верили, что миниатюрное человеческое тело было внутри каждого сперматозоида или яйцеклетки в поисках места, в котором можно расти. Этого крошечного человечка называли гомункулом.

Одним из ключевых сторонников преформизма был Ян Сваммердам, изобретатель техники окрашивания клетки, о котором мы говорили выше. Идея была популярно в течение сотни лет, с середины 17 века и до конца 18.

Альтернативой преформизму был эпигенез, идея о том, что жизнь возникает в серии процессов. Первым человеком, который выдвинул эту теорию на фоне любви к преформизму, был Каспар Фридрих Вольф. В 1759 году он написал статью, в которой описал развитие эмбриона от нескольких слоев клеток до человека. Его работа была крайне спорной на то время, но развитие микроскопов расставило все на свои места. Зародышевый преформизм умер далеко не в зародыше, но умер, простите за каламбур.

По материалам listverse.com

Важнейшие открытия в биологии

1. Микроорганизмы (1674)

C помощью микроскопа, Антон ван Левенгук, случайно обнаруживает микроорганизмы в капле воды. Его наблюдения заложили основу науки бактериологии и микробиологии.

2. Клеточное ядро (1831)

При изучении орхидеи ботаник Роберт Браун описывает структуру внутри клеток, клетку он называет «ядром».

3. Археи (1977)

Карл Везе обнаруживает бактерии без ядра. Многие организмы, классифицированных в новом царстве археи являются -экстремофилы. Некоторые из них живут при очень высоких или низких температурах, другие в очень соленой, кислой или щелочной воде.

4. Клеточное деление (1879)

Вальтер Флемминг осторожно отмечает, что животные клетки делятся этапами, что составляет процесс митоза. Эдуард Страсбургер самостоятельно определяет аналогичный процесс клеточного деления в клетках растений.

Экономические взаимосвязи изучаются наукой – эконометрикой. Как правило, общие глобальные процесс представляют собой глубоко не линейную систему взаимосвязей. Однако по теории больших чисел возможно прогнозирование тренда на основе анализа основных, определяющих факторов.
Программирование позволяет рассчитывать средние значения процессов: онлайн-калькулятор по статистике позволяет это сделать достаточно быстро.

=========================================================================

5. Sex Cells (1884)

Август Вейсман определяет, что половые клетки должны быть разделены по-разному, чтобы в итоге получить только половину хромосомного набора. Это особый вид половых клеток называется мейоза. Эксперименты Вейсмана с медузами привели его к выводу, что изменения у потомства возникают в результате объединения вещества от родителей. Он ссылается на это вещество, как "зародышевая плазма".

6. Дифференцировки клеток (конец 19 века)

Некоторые ученые участвуют в открытии клеточной дифференцировки, что в конечном итоге приводит к выделению эмбриональных стволовых клеток человека. В дифференциации клетки превращается в один из многих типов клеток, составляющих организм, например, легкого, кожи или мышцы.

Некоторые гены активируются, а другие инактивируется, так что клетка развивается структурно для выполнения определенной функции. Клетки, которые еще не дифференцированы и имеют потенциал, чтобы стать любым типом клеток, называются стволовыми клетками.

7. Митохондрии (конец 19 века по настоящее время)

Ученые выяснили, что митохондрии являются электростанцией клетки. Эти небольшие структуры в клетках животных отвечают за обмен веществ и преобразования пищи в клетках, в химические вещества, которые можно использовать. Первоначально считалось, что они являются специализированными бактериями со своей ДНК.

8. Цикл Кребса (1937)

Ханс Кребс определяет этапы состояния клетки, необходимые для преобразования сахара, жиров и белков в энергию. Это так же известно как цикл лимонной кислоты, - это ряд химических реакций с использованием кислорода в составе клеточного дыхания. Цикл вносит свой вклад в распад углеводов, жиров и белков в диоксид углерода и воду.

9. Нейротрансмиссия (конец 19-начало 20 века)

Ученые открыли нейротрансмиттеры - тела, для передачи сигналов от одной нервной клетки к другой через химические вещества или электрические сигналы.

10. Гормоны (1903)

Уильям Бэйлисс и Эрнест Старлинг дают гормоном свое имя и показывают их роль в качестве химических посредников. Они специально описывают секретин, вещество, которое выбрасывается в кровь из двенадцатиперстной кишки (между желудком и тонкой кишкой), оно стимулирует секрецию желудочного сока поджелудочной железы в кишечник.

11. Фотосинтез (1770)

Ян Ингенхоус (Ingenhousz) обнаруживает, что растения реагируют на солнечный свет иначе, чем на тени. Это заложило основу понимания фотосинтеза. Фотосинтез - это процесс, в котором растения, водоросли и некоторые бактерии преобразуют энергию света в химическую энергию. У растений, листья поглощают углекислый газ, а корни всасывают воду. Солнечный свет катализирует реакцию, которая приводит к выработке глюкозы (пищи для растений) и кислорода, который является отходами жизнедеятельности, попадает в окружающую среду. Почти все живое на Земле, в конечном счете, зависит от этого процесса.

12. Экосистема (1935)

Артур Джорж Тенсли

Артур Джордж Тенсли вводит термин экосистема. Экосистемы определяются как динамичное и сложное целое, которые действует как экологический блок.

13. Тропическое биоразнообразие (15-го века по настоящее время)

В экспедициях по всему миру, ранние европейские исследователи сообщали о том, что в тропиках находится гораздо большее разнообразие видов. Ответ на вопрос, почему это так, позволяет ученым сегодня, защитить жизнь на Земле.

Подробное решение параграф § 1 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Сивоглазов В.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т. 2014

Вспомните!

Какие достижения современной биологии вам известны?

рентгенология

аппараты УЗИ, ЭМРТ

установление молекулярной структуры ДНК

расшифровка генома человека и других организмов

генная инженерия

3D-биопринтеры

Электронные сканирующие микроскопы

Экстракорпоральное оплодотворение и др.

Каких ученых-биологов вы знаете?

Линней, Ламарк, Дарвин, Мендель, Морган, Павлов, Пастер, Гук, Левенгук, Броун, Пурнинье, Бэр, Мечников, Мичурин, Вернадский, Ивановский, Флеминг, Тенсли, Сукачев, Четвериков, Лайль, Опарин, Шванн, Шлейден, Чаграфф, Навашин, Тимирязев, Мальпиги, Гольджи и др.

Вопросы для повторения и задания

1. Расскажите о вкладе в развитие биологии древнегреческих и древне-римских философов и врачей.

Первым учёным, создавшим научную медицинскую школу, был древнегреческий врач Гиппократ (ок. 460 - ок. 370 до н. э.). Он считал, что у каждой болезни есть естественные причины и их можно узнать, изучая строение и жизнедеятельность человеческого организма. С древних времён и по сей день врачи торжественно произносят клятву Гиппократа, обещая хранить врачебную тайну и ни при каких обстоятельствах не оставлять больного без медицинской помощи. Великий энциклопедист древности Аристотель (384-322 до н. э.). Стал одним из основателей биологии как науки, впервые обобщив биологические знания, накопленные до него человечеством. Он разработал систематику животных, определив в ней место и человеку, которого он называл «общественным животным, наделённым разумом». Многие труды Аристотеля были посвящены происхождению жизни. Древнеримский учёный и врач Клавдий Гален (ок. 130 - ок. 200), изучая строение млекопитающих, заложил основы анатомии человека. В течение следующих пятнадцати веков его труды были основным источником знаний по анатомии.

2. Охарактеризуйте особенности воззрений на живую природу в Средние века, эпоху Возрождения.

Резко возрос интерес к биологии в эпоху Великих географических открытий (XV в.). Открытие новых земель, налаживание торговых отношений между государствами расширяли сведения о животных и растениях. Ботаники и зоологи описывали множество новых, неизвестных ранее видов организмов, принадлежащих к различным царствам живой природы. Один из выдающихся людей этой эпохи - Леонардо да Винчи (1452-1519) - описал многие растения, изучал строение человеческого тела, деятельность сердца и зрительную функцию. После того как был снят церковный запрет на вскрытие человеческого тела, блестящих успехов достигла анатомия человека, что получило отражение в классическом труде Андреаса Везалия (1514-1564) «Строение человеческого тела» (рис. 1). Величайшее научное достижение - открытие кровообращения - совершил в XVII в. английский врач и биолог Уильям Гарвей (1578-1657).

3. Используя знания, полученные на уроках истории, объясните, почему в Средние века в Европе наступил период застоя во всех областях знаний.

После падения Западной Римской империи в Европе наступил застой в развитии наук и ремесла. Этому способствовали феодальные порядки, установившиеся во всех европейских странах, постоянные войны между феодалами, нашествия полудиких народов с востока, массовые эпидемии, а главное - идеологическое закабаление умов широких народных масс римско-католической церковью. В этот период римско-католическая церковь, несмотря на многие неудачи в борьбе за политическое господство, распространила свое влияние во всей Западной Европе. Имея огромную армию духовенства различных рангов, папство фактически добилось полного господства христианской римско-католической идеологии среди всех западноевропейских народов. Проповедуя смирение и покорность, оправдывая существующие феодальные порядки, римско-католическое духовенство вместе с тем жестоко преследовало все новое и прогрессивное. Естественные науки и вообще так называемое светское образование были полностью подавлены.

4. Какое изобретение XVII в. дало возможность открыть и описать клетку?

Новую эру в развитии биологии ознаменовало изобретение в конце XVI в. микроскопа. Уже в середине XVII в. была открыта клетка, а позднее обнаружен мир микроскопических существ - простейших и бактерий, изучено развитие насекомых и принципиальное строение сперматозоидов.

5. Каково значение для биологической науки работ Л. Пастера и И. И. Мечникова?

Труды Луи Пастера (1822-1895) и Ильи Ильича Мечникова (1845-1916) определили появление иммунологии. В 1876 г. Пастер полностью посвятил себя иммунологии, окончательно установив специфичность возбудителей сибирской язвы, холеры, бешенства, куриной холеры и других болезней, развил представления об искусственном иммунитете, предложил метод предохранительных прививок, в частности от сибирской язвы, бешенства. Первая прививка против бешенства была сделана Пастером 6 июля 1885 г. В 1888 г. Пастер создал и возглавил научно-исследовательский институт микробиологии (Пастеровский институт), в котором работали многие известные ученые.

Мечников, обнаружив в 1882 г. явление фагоцитоза, разработал на его основе сравнительную патологию воспаления, а в дальнейшем - фагоцитарную теорию иммунитета, за что получил в 1908 г. Нобелевскую премию совместно с П. Эрлихом. Многочисленные работы Мечникова по бактериологии посвящены вопросам эпидемиологии холеры, брюшного тифа, туберкулеза и других инфекционных заболеваний. Мечников создал первую русскую школу микробиологов, иммунологов и патологов; активно участвовал в создании научно-исследовательских учреждений, разрабатывающих различные формы борьбы с инфекционными заболеваниями.

6. Перечислите основные открытия, сделанные в биологии в XX в.

В середине XX в. в биологию начали активно проникать методы и идеи других естественных наук. Достижения современной биологии открывают широкие перспективы для создания биологически активных веществ и новых лекарственных препаратов, для лечения наследственных заболеваний и осуществления селекции на клеточном уровне. В настоящее время биология стала реальной производительной силой, по развитию которой можно судить об общем уровне развития человеческого общества.

– Открытие витаминов

– Открытие пептидных связей в молекулах белков

– Изучение химической природы хлорофилла

– Описали основные ткани растений

– Открытие структуры ДНК

– Исследование фотосинтеза

– Открытие ключевого этапа в дыхании клеток - цикла трикарбоновых кислот, или цикла Кребса

– Исследование физиологии пищеварения

– Наблюдал клеточное строение тканей

– Наблюдал одноклеточных организмов, клетки животных (эритроциты)

– Открытие ядра в клетке

– Открытие аппарата Гольджи - органоида клетки, метод приготовления микроскопических препаратов нервной ткани, исследование строения нервной системы

– Установил, что одни части зародыша имеют влияние на развитие других его частей

– Сформулировал мутационную теорию

– Создание хромосомной теории наследственности

– Сформулировал закон гомологических рядов в наследственной изменчивости

– Обнаружили усиление мутационного процесса под действием радиоактивного излучения

– Открыл сложную структуру гена

– Открыл значение мутационного процесса в процессах, происходящих в популяциях, для эволюции вида

– Установил филогенетический ряд лошадиных как типовой ряд постепенных эволюционных изменений родственных видов

– Разработали теорию зародышевых листков для позвоночных

– Выдвинул теорию происхождения многоклеточных организмов от общего предка - гипотетического организма фагоцителлы

– Обосновывает наличие в прошлом предка многоклеточных - фагоцителлы и предлагает считать его живой моделью многоклеточное животное - трихоплакса

– Обосновали биологический закон «Онтогенез есть краткое повторение филогенеза»

– Утверждал, что многие органы многофункциональны; в новых условиях среды одна из второстепенных функций может стать более важной и заменить прежнюю главную функцию органа

– Выдвинул гипотезу возникновения билатеральной симметрии живых организмов

7. Назовите известные вам естественные науки, составляющие биологию. Какие из них возникли в конце XX в.?

На границах смежных дисциплин возникали новые биологические направления: вирусология, биохимия, биофизика, биогеография, молекулярная биология, космическая биология и многие другие. Широкое внедрение математики в биологию вызвало рождение биометрии. Успехи экологии, а также всё более актуальные проблемы охраны природы способствовали развитию экологического подхода в большинстве отраслей биологии. На рубеже XX и XXI вв. с огромной скоростью начала развиваться биотехнология - направление, которому, несомненно, принадлежит будущее.

Подумайте! Вспомните!

1. Проанализируйте изменения, произошедшие в науке в XVII-XVIII вв. Какие возможности они открыли перед учёными?

Новую эру в развитии биологии ознаменовало изобретение в конце XVI в. микроскопа. Уже в середине XVII в. была открыта клетка, а позднее обнаружен мир микроскопических существ - простейших и бактерий, изучено развитие насекомых и принципиальное строение сперматозоидов. В XVIII в. шведский натуралист Карл Линней (1707-1778) предложил систему классификации живой природы и ввёл бинарную (двойную) номенклатуру для наименования видов. Карл Эрнст Бэр (Карл Максимович Бэр) (1792-1876), профессор Петербургской медико-хирургической академии, изучая внутриутробное развитие, установил, что зародыши всех животных на ранних этапах развития схожи, сформулировал закон зародышевого сходства и вошёл в историю науки как основатель эмбриологии. Первым биологом, который попытался создать стройную и целостную теорию эволюции живого мира, стал французский учёный Жан Батист Ламарк (1774-1829). Палеонтологию, науку об ископаемых животных и растениях, создал французский зоолог Жорж Кювье (1769-1832). Огромную роль в понимании единства органического мира сыграла клеточная теория зоолога Теодора Шванна (1810-1882) и ботаника Маттиаса Якоба Шлейдена (1804-1881).

2. Как вы понимаете выражение «прикладная биология»?

4. Проанализируйте материал параграфа. Составьте хронологическую таблицу крупных достижений в области биологии. Какие страны в какие временные периоды были основными «поставщиками» новых идей и открытий? Сделайте вывод о связи между развитием науки и другими характеристиками государства и общества.

Страны, в которых произошли основные биологические открытия относятся к развитым и активно развивающимся странам.

5. Приведите примеры современных дисциплин, возникших на стыке биологии и других наук, не упомянутые в параграфе. Что является предметом их изучения? Попробуйте предположить, какие разделы биологии могут возникнуть в будущем.

Примеры современных дисциплин, возникших на стыке биологии и других наук: палеобиология, биомедицина, социобиология, психобиология, бионика, физиология труда, радиобиология.

Разделы биологии могут возникнуть в будущем: биопрограммирование, ИТ-медицина, биоэтика, биоинформатика, биотехнология.

6. Обобщите информацию о системе биологических наук и представьте её в виде сложной иерархической схемы. Сравните схему, созданную вами, с результатами, которые получились у ваших одноклассников. Одинаковы ли ваши схемы? Если нет, объясните, в чём их принципиальные отличия.

1) Человечество не может существовать без живой природы. Отсюда жизненно необходимо сохранять ее

2) Биология возникла в связи с решением очень важных для людей проблем.

3) Одной из них всегда было более глубокое постижение процессов в живой природе, связанных с получением пищевых продуктов, т.е. знание особенностей жизни растений и животных, их изменение под воздействием человека, способов получения надежного и все более богатого урожая.

4) Человек – продукт развития живой природы. Все процессы нашей жизнедеятельности подобны тем, которые происходят в природе. И поэтому глубокое понимание биологических процессов служит научным фундаментом медицины.

5) Появление сознания, означающее гигантский шаг вперед в самопознании материи, тоже не может быть понято без глубоких исследований живой природы, по крайней мере, в 2-х направлениях – возникновение и развитие мозга как органа мышления (до сих пор загадка мышления остается неразрешенной) и возникновение социальности, общественного образа жизни.

6) Живая природа является источником многих необходимых для человечества материалов и продуктов. Нужно знать их свойства, чтобы правильно использовать, знать, где искать их в природе, как получать.

7) Та вода, которую мы пьем, точнее - чистота этой воды, ее качество тоже определяется в первую очередь живой природой. Наши очистные сооружения лишь завершают тот огромный процесс, который незримо для нас происходит в природе: вода в почве или водоеме многократно проходит через тела мириадов беспозвоночных, фильтруется ими и, освобождаясь от органических и неорганических остатков, становится такой, какой мы знаем ее в реках, озерах и ключах.

8) Проблема качества воздуха и воды – одна из экологических проблем, а экология – биологическая дисциплина, хотя современная экология давно перестала быть только ею и включает в себя много самостоятельных разделов, зачастую принадлежащих к разным научным дисциплинам.

9) В результате освоения человеком всей поверхности планеты, развития сельского хозяйства, промышленности, вырубки лесов, загрязнения материков и океанов все большее число видов растений, грибов, животных исчезает с лица Земли. Исчезнувший вид восстановить невозможно. Он является продуктом миллионов лет эволюции и обладает уникальным генофондом.

10) В данный момент особенно быстро развиваются молекулярная биология, биотехнология и генетика.

8. Организационный проект. Выберите важное событие в истории биологии, годовщина которого приходится на текущий или следующий год. Разработайте программу вечера (конкурса, викторины), посвящённого этому событию.

Викторина:

– Разделение на группы

– Вступительное слово – описание события, историческая справка события, ученого

– Придумать название команд (по теме викторины)

– 1 раунд – простой: например, закончить предложение: Защитная реакция растений на изменение длины светового дня (листопад).

– 2 раунд – двойной: например, найди пару.

– 3 раунд – сложный: например, изобразить схему процесса, нарисовать явление.