Біологія. 9 клас. Козленко

Передмова

ШАНОВНІ ДЕВ’ЯТИКЛАСНИКИ!

У попередніх класах ви ознайомилися з біологією рослин, грибів, бактерій, тварин і людини. Вивчаючи цей навчальний розділ, ви розширите та узагальните раніше здобуті знання про клітину як одиницю живого, доповните їх знаннями про найважливіші органічні речовини, механізми клітинних процесів, збереження та реалізацію спадкової інформації, закономірності успадкування ознак; ознайомитеся з еволюцією органічного світу та її наслідками; узагальните знання про функціонування надорганізмових біологічних систем тощо.

Здобуті знання дадуть вам змогу сформувати наукову картину живої природи, уявлення про історичний розвиток та єдність органічного світу.

З метою кращого засвоєння змісту в посібнику матеріал поділено на розділи та теми. У самих темах виділено кілька рубрик.

«Запам’ятайте!» — так позначено важливий термін і його визначення;

«Надайте відповіді на запитання» — завдання, виконавши які, ви перевірите рівень засвоєння навчального матеріалу;

«Обговоріть у групах» — завдання, які доцільно виконати в групі, що дасть вам змогу спілкуватися в процесі навчання, обмінюватися думками і відповідними знаннями.

БАЖАЄМО УСПІХІВ!

Вступ

Основні терміни та поняття: наука, описовий метод, експериментальний метод, модель, моделювання

Основні галузі біології. Рівні організації біологічних систем

Цитологія, гістологія, генетика, еволюційне вчення, палеонтологія, вірусологія, бактеріологія, ембріологія, селекція, екологія; рівні організації життя

Біологія (від грец. біос — життя + логос — слово, знання, вчення) — комплекс наук, що вивчають живу природу, закони її існування та розвитку. Термін біологія запропонували у ХІХ ст. (1802 р.) незалежно один від одного два вчені: французький — Жан-Батіст Ламарк та німецький — Готфрід Рейнхольд Тревіранус.

Система біологічних наук

Біологія, яку ви вивчатимете цього року, утворює систему біологічних наук (мал. 1), які безпосередньо або опосередковано пов’язані з нею. До них належать: цитологія, гістологія, генетика, еволюційне вчення, палеонтологія, вірусологія, бактеріологія, ембріологія, селекція. Цитологія (від грец. цитос — клітина, логос — слово) — наука про будову та функції клітин, а гістологія (від грец. гістос — тканина) — наука про будову та функції тканин. Наука про явища спадковості та мінливості організмів — це генетика (від грец. генетикос — походження). Наука про закономірності еволюції — це еволюційне вчення (від лат. еволюціо — розгортання), а про живий світ геологічного минулого — палеонтологія (від грец. паліос — стародавній, онтос — істота,). Вірусологія (від лат. вірус — отрута) — це наука про неклітинні форми життя (віруси), а бактеріологія (від грец. бактеріон — паличка) — наука, що досліджує бактерії. Ембріологія (від грец. ембріон — зародок) — наука про індивідуальний розвиток організмів у зародковий період.

Наука екологія (від грец. ойкос — дім, житло) досліджує взаємозв’язки між організмами та середовищем їхнього існування, структуру та закономірності функціонування різноманітних угруповань організмів (популяцій, екосистем тощо).

Мал. 1. Система біологічних наук

Значення біологічних наук в житті людини і суспільства полягає у формуванні наукового світогляду, який базується на знаннях про історичний розвиток органічного світу від молекулярного до біосферного рівня, про живі системи та наукову картину світу, про основоположні філософські категорії, такі як життя та його ознаки, про єдність живої природи. Перед людиною щоразу дедалі гостріше постають питання збереження здоров’я, забезпечення продуктами харчування, збереження різноманіття та охорони навколишнього середовища. Тому розвиток галузей (медицини, рослинництва, тваринництва, фармакології, ветеринарії тощо), які причетні до їх розв’язання, базується на знаннях конкретних біологічних наук застосування біологічних знань у різних галузях господарства).

Теоретичні досягнення біології є основою для розвитку медицини. Зокрема генетичні дослідження дають змогу розробляти методи ранньої діагностики, лікування та профілактики спадкових хвороб людини.

Розвиток генетики як науки є основою для селекційних досліджень, спрямованих на створення високопродуктивних сортів культурних рослин і порід домашніх тварин, що сприяє підвищенню інтенсивності сільськогосподарського виробництва (тваринництва, рослинництва) і відповідно забезпечує потреби населення в харчових ресурсах.

Розвиток молекулярної біології, а саме розкриття молекулярної будови структурних одиниць спадковості (генів) є основою для розвитку генетичної інженерії, досягнення якої сприяють створенню організмів з новими комбінаціями спадкових ознак і властивостей, наприклад, рослин з підвищеною стійкістю до захворювань, до засоленості ґрунтів, зі здатністю до фіксації атмосферного азоту тощо.

Із генетичною інженерією пов’язаний прогрес біотехнологій, результатом якого є промислове виробництво біологічно активних речовин: гормонів (інсуліну), інтерферону, антибіотиків, амінокислот, ферментів, вітамінів, кормових білків, нових вакцин для профілактики інфекційних захворювань людини і тварин, стимуляторів росту і засобів захисту рослин тощо.

Вивчення взаємовідносин між організмами сприяло створенню біологічних методів боротьби зі шкідниками сільськогосподарських культур.

Питання збереження біосфери — це питання екології, знання якої базуються на біологічних дослідженнях. Вони допомагають розв’язати проблему збереження біологічної різноманітності, а саме виявляють і передбачають наслідки втручання людини в природу, шляхи їх подолання.

Ігнорування законів біології призводить до тяжких наслідків, як для природи, так і для людини. Тому біологічні знання дають змогу змінити ставлення до природних об’єктів, свою поведінку в природному середовищі. Особливої уваги потребує відповідальна кваліфікована організація господарської діяльності з урахуванням біосферної етики, розумінням необхідності раціонального використання та відновлення природних ресурсів, вироблення життєвих навичок безпечно жити в сучасному високотехнологічному суспільстві та цивілізовано взаємодіяти з навколишнім середовищем, уміти застосовувати знання з біології у повсякденному житті.

Біологічні науки тісно поєднані з іншими природничими (фізика, хімія тощо) та гуманітарними (філософія, суспільствознавство, соціологія, економіка тощо) науками. В результаті синтезу фізичних і хімічних знань з біологічними знаннями утворилися нові наукові галузі: біофізика і біохімія. Ці науки вивчають процеси в клітині та організмі в цілому: біофізика — ізичні; а біохімія — хімічні процеси. Життя як наукова категорія є предметом вивчення філософії, суспільствознавства, соціології.

Властивості живих організмів

Питання «Що є життя?» — одне з фундаментальних не лише в біологічній науці, але й у людській цивілізації в цілому. Його намагаються розв’язати протягом багатьох століть богослови і поети, філософи й науковці.

Порівняно просто можна сформулювати емпіричні (такі, що ґрунтуються на спостереженнях) критерії, що змальовують розмаїття живих форм на Землі:

— клітинна будова;

— перетворення речовини й енергії, яке здійснюють високоефективні каталізатори білкової природи — ферменти;

— збереження спадкової інформації у вигляді послідовності нуклеїнових кислот;

— здатність до саморегуляції й підтримання гомеостазу (відносної сталості внутрішнього середовища);

— здатність реагувати на зміни, що відбуваються у навколишньому середовищі (подразливість);

— здатність відтворюватися (розмножуватися) й розвиватися.

Проявом останнього є як зміни, що відбуваються з особиною в ході її життєвого циклу (індивідуальний розвиток), так і загальне ускладнення живих форм у часі (загальний чи еволюційний розвиток живої матерії).

Робоче визначення життя, що ґрунтується на сучасних уявленнях про перебіг процесів у живому, може бути сформульовано в такий спосіб.

Життя — це підтримання й відтворення характерних високоупорядкованих структур, яке вдосконалюється у ході еволюції і здійснюється відповідно до внутрішньої програми завдяки зовнішнім джерелам речовини й енергії.

Системи та рівні організації живих систем

Продуктивним теоретичним узагальненням, яке дозволило по-новому розглядати проблему життя, стала у ХХ ст. теорія систем та її додатки.

Система (від грец. поєднання, утворення, організм) — упорядковане ціле, що складається із взаємопов’язаних частин. Проте не кожна множина довільно об’єднаних об’єктів є системою. Істинна система має задовольняти такі вимоги:

Цілісність — система функціонує як єдине ціле. Вона характеризується певною структурою. Зміна складу елементів чи зв’язків між ними може зруйнувати систему (чи перетворити її на нову систему з іншими властивостями). Одні й ті самі елементи можуть належати до складу різних систем. Цілісність передбачає взаємодію елементів системи. Характер та інтенсивність цієї взаємодії можуть бути найрізноманітнішими, але вони обов’язково повинні бути. (Приклад: одні й ті самі атоми, взаємодіючи між собою, формують різні молекули. Однак молекули — не просто сума атомів. Це складна система з атомних ядер і розподілених між ними електронних хмар усуспільнених електронів.)

Кінцевість — система має певні (кінцеві) розміри. Об’єкти, з якими система взаємодіє, формують середовище існування системи. (Приклад: вода — це середовище існування для риб, космічний вакуум — середовище існування орбітальної станції.)

Емерджентність — властивості системи як цілого не можуть бути зведені до властивостей її складових елементів. (Приклад: ці властивості спостерігав кожний, хто намагався зібрати «за описом» прилад із деталей чи з’єднати елементи електричного кола. «Мертві» деталі «оживають», якщо вони з’єднані правильно — лампочка засвічується, радіоприймач починає «ловити» радіохвилі тощо.)

Слід розуміти, що саме поняття «системи» не є «біологічним»: воно значно ширше. Властивості систем притаманні як багатьом фізичним та хімічним об’єктам, так і соціумам (організованим групам людей). Отже, здатність організовуватися у системи — фундаментальна властивість матерії як такої.

Системи бувають простими — такими, що складаються з невеликої кількості елементів, з’єднаних однозначними зв’язками, і складними — такими, що складаються з великої кількості різнорідних елементів, які взаємодіють по-різному. Для багатьох складних систем характерна ієрархічність — системи поєднуються одна з одною в ієрархічні структури з утворенням систем вищого рівня. Приклад: атоми, які (спрощено) можна розглядати як системи елементарних частинок (протонів, нейронів та електронів), поєднуються у системи вищого порядку — молекули; проте елементарні частинки, у свою чергу, утворені кварками, що характеризуються не лише масою й зарядом (дробовим і таким, що дорівнює 1/3), але й такими характеристиками, як «дивакуватість», «чарівність», «краса».

Аналіз біологічних систем дозволяє виділити ієрархічні рівні їх організаці.

Молекулярний рівень організації живих організмів полягає в тому, що в основі всіх фізіологічних процесів у живих організмах: травлення, дихання, передання спадкової інформації — лежать структурні і функціональні особливості молекул, з яких вони побудовані.

На клітинному рівні також спостерігається однотипність живих організмів: клітина в них є основною елементарною структурною та функціональною одиницею. У всіх організмів тільки на клітинному рівні можливі біосинтез і реалізація спадкової інформації, процеси перетворення речовин і енергії. Клітинний рівень організації в одноклітинних збігається з рівнем організму. Згідно з науковими припущеннями, в історії життя на планеті Земля був період (перша половина архейської ери), коли всі організми перебували на цьому рівні організації. З таких організмів формувалися всі види, екосистеми і біосфера в цілому.

Тканинно-органний рівень включає тканину і орган. Тканина як сукупність клітин (подібних за будовою, походженням, функціями) і міжклітинної речовини виконує в організмі певні функції. Тканинний рівень виник разом з появою багатоклітинних тварин і рослин, які мали диференційовані тканини. У багатоклітинних організмів він розвивається у період онтогенезу (пригадайте, що таке онтогенез). Велика подібність між усіма організмами зберігається на тканинному рівні. Різні тканини, що спільно функціонують, утворюють органи. До складу органів усіх багатоклітинних тварин входить лише чотири основних типи тканин, а органів багатоклітинних рослин — п’ять основних типів тканин.

На організмовому (онтогенетичному) рівні спостерігається найбільша різноманітність форм життя. Нині на Землі понад мільйон видів тварин та близько півмільйона видів рослин. Організм як ціле — це особина, яка є елементарною одиницею життя. Поза особинами у природі життя не існує. На рівні організму відбуваються процеси онтогенезу, тому цей рівень називають також онтогенетичним.

Організми одного виду живуть у складі постійних груп організмів (популяцій), що займають певну територію поширення, мають спільне походження та є більш-менш відмежовані від інших груп особин того ж виду. Відповідно, виділяють надорганізменні рівні життя та методи їх дослідження.

Видовий (популяційно-видовий) рівень організації життя включає групи організмів одного виду (популяції). Вид — це сукупність близькоспоріднених організмів, які характеризуються певними, тільки їм властивими морфофізіологічними та еколого-географічними особливостями; вільно схрещуються і дають плодюче потомство; пристосовані до певних умов життя. Вид — єдина основна класифікаційна одиниця систематики, яка реально існує в природі. Розкриття особливостей видоутворення становить одну з найактуальніших теоретичних і практичних проблем біології.

Екосистемний (біоценотичний) рівень організації життя — це історично сформовані стійкі угруповання популяцій різних видів, що пов’язані між собою і з навколишньою неживою природою обміном речовин, енергії та інформації. Це елементарні системи, в яких відбувається зумовлений життєдіяльністю організмів колообіг речовин і енергії в біотичній (жива природа) та абіотичній (нежива природа) частинах екосистем. Екосистеми утворюють біосферу і зумовлюють усі процеси, що відбуваються в ній.

Біосферний рівень організації життя розкриває власний біологічний колообіг речовин і єдиний потік енергії, які забезпечують функціонування біосфери як цілісної системи.

  • Назвіть властивості живого.
  • Які є рівні організації життя?
  • Наведіть приклади впливу біології на життя людини і суспільства.

Обговоріть у групах

Наведіть приклади наявності властивостей живого в неживих об’єктів (природних або штучних, створених людиною).

Попередня
Сторінка
Наступна
Сторінка

Зміст