Биология как Наука

🔬 Методы Биологии:

• Наблюдение
• Эксперимент
• Сравнение
• Исторический метод
• Моделирование

✨ Признаки Живого:

1. Клеточное строение (кроме вирусов).
2. Обмен веществ (метаболизм) — поступление, превращение, использование и выделение веществ и энергии.
3. Самовоспроизведение (репродукция).
4. Наследственность (сходство с родителями) и изменчивость (отличия от родителей).
5. Рост и развитие.
6. Раздражимость (способность реагировать на воздействия среды).
7. Саморегуляция (гомеостаз) — поддержание относительного постоянства внутренней среды.
8. Дискретность (живая материя состоит из отдельных, но взаимосвязанных элементов: клеток, органов, организмов).

🌍 Уровни Организации Живой Природы:

1. Молекулярный (белки, ДНК, углеводы, липиды).
2. Клеточный (клетка — единица строения и жизнедеятельности).
3. Тканевый (ткани — группы клеток, выполняющие общую функцию).
4. Органный (органы).
5. Организменный (отдельная особь).
6. Популяционно-видовой (популяция — группа особей одного вида; вид).
7. Экосистемный (биогеоценотический) (биоценоз + среда обитания).
8. Биосферный (вся живая оболочка Земли).

🔬 Клетка

📜 Клеточная Теория (основа):

1. Все живые организмы состоят из клеток.
2. Клетка — единица строения, жизнедеятельности, роста и развития организма.
3. Клетка происходит только от другой клетки.
4. Клетки всех организмов сходны по строению и химическому составу.

⚗️ Химический Состав Клетки:

Неорганические вещества:

• Вода (растворитель, среда для реакций).
• Минеральные соли (поддержание осмотического давления, важные ионы).

Органические вещества:

• Углеводы: Энергия (глюкоза), запас питательных веществ (крахмал, гликоген), структурная функция (целлюлоза, хитин).
• Липиды (жиры): Энергия, запас питательных веществ, структурная функция (мембраны), теплоизоляция.
• Белки: Структурная функция, катализ (ферменты), транспорт, защита (антитела), движение.
• Нуклеиновые кислоты:
  • ДНК — хранение и передача наследственной информации. Состоит из двух цепей (двойная спираль). Нуклеотиды: А-Т, Г-Ц.
  • РНК — реализация наследственной информации (информационная, транспортная, рибосомальная). Одна цепь. Нуклеотиды: А-У, Г-Ц.
• АТФ — универсальный источник энергии в клетке.

🔑 Сравнение Прокариотической и Эукариотической Клетки:

⚙️ Основные Органоиды Эукариотической Клетки:

• Ядро: Хранение ДНК.
• ЭПС (эндоплазматическая сеть): Синтез и транспорт веществ (гранулярная — с рибосомами — синтез белка; агранулярная — синтез липидов).
• Рибосомы: Синтез белка.
• Комплекс Гольджи: «Упаковка», модификация и транспорт веществ.
• Лизосомы: Внутриклеточное пищеварение.
• Митохондрии: «Энергетические станции» клетки, синтез АТФ (клеточное дыхание).
• Хлоропласты (у растений): Фотосинтез.

⚡ Обмен Веществ и Энергия в Клетке:

• Пластический обмен (ассимиляция, анаболизм): Процессы синтеза сложных веществ из простых с затратой энергии (например, фотосинтез, биосинтез белка).
• Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм): Процессы распада сложных веществ до простых с выделением энергии (например, гликолиз, клеточное дыхание).

🔥 Энергетический Обмен (3 этапа):

1. Подготовительный: Расщепление полимеров до мономеров в лизосомах и пищеварительном тракте.
2. Бескислородный (гликолиз): Расщепление глюкозы до пировиноградной кислоты (ПВК) в цитоплазме с синтезом 2 АТФ.
3. Кислородный: Окисление ПВК в митохондриях до $\text{CO}_2$ и $\text{H}_2\text{O}$ с синтезом 36 АТФ.

👶 Размножение и Индивидуальное Развитие Организмов (Онтогенез)

💫 Размножение:

• Бесполое: Одна родительская особь, потомки генетически идентичны (клоны). Формы: деление, почкование, спорообразование, вегетативное размножение.
• Половое: Две родительские особи, участвуют гаметы, потомки генетически уникальны. Основа — мейоз.

🧬 Мейоз:

Деление, приводящее к образованию гамет (половых клеток) с гаплоидным ($\text{n}$) набором хромосом. Состоит из двух последовательных делений. В результате из одной диплоидной клетки ($\text{2n}$) образуются 4 гаплоидные ($\text{n}$). Кроссинговер и случайное расхождение хромосом обеспечивают комбинативную изменчивость.

📈 Онтогенез:

Индивидуальное развитие особи от зиготы до смерти. Стадии: зародышевый (эмбриональный) и послезародышевый (постэмбриональный) периоды.

🤰 Эмбриональное Развитие:

Дробление $\rightarrow$ Гаструляция (образование зародышевых листков) $\rightarrow$ Органогенез.

• Эктодерма: Нервная система, покровы (эпидермис), эмаль зубов.
• Мезодерма: Мышцы, кости, кровь, почки, сосуды.
• Энтодерма: Эпителий кишечника и дыхательных путей, печень, поджелудочная железа.

🧬 Генетика. Основные Законы

Генетика — наука о наследственности и изменчивости.

💡 Основные Понятия:

• Ген — участок ДНК, кодирующий один белок/признак.
• Аллельные гены — гены, расположенные в одинаковых локусах гомологичных хромосом и отвечающие за один признак.
• Гомозигота ($\text{АА}$ или $\text{аа}$) — особь с одинаковыми аллелями одного гена.
• Гетерозигота ($\text{Аа}$) — особь с разными аллелями одного гена.
• Генотип — совокупность всех генов организма.
• Фенотип — совокупность всех внешних и внутренних признаков организма.

👨‍⚖️ Законы Менделя:

1. Закон единообразия гибридов первого поколения (Первый закон): При скрещивании двух гомозиготных организмов, отличающихся по одной паре признаков, всё первое поколение ($\text{F}_1$) будет единообразным и проявлять признак одного из родителей (доминантный).
2. Закон расщепления (Второй закон): При скрещивании гибридов первого поколения ($\text{F}_1$) между собой во втором поколении ($\text{F}_2$) наблюдается расщепление по фенотипу 3:1 (для полного доминирования) и по генотипу 1:2:1.
3. Закон независимого наследования (Третий закон): При дигибридном скрещивании (по двум парам признаков) каждая пара признаков наследуется независимо от других и дает расщепление 3:1, образуя в $\text{F}_2$ соотношение 9:3:3:1.

🔗 Сцепленное Наследование (Т. Морган):

Гены, расположенные в одной хромосоме, наследуются совместно. Сила сцепления зависит от расстояния между генами.

♀️♂️ Генетика Пола:

• Пол определяется парой половых хромосом.
• Женский пол — гомогаметный ($\text{XX}$), мужской пол — гетерогаметный ($\text{XY}$ у млекопитающих, $\text{X0}$ у кузнечиков, $\text{ZZ/ZW}$ у птиц).
• Наследование, сцепленное с полом: Признаки, гены которых расположены в Х- или Y-хромосоме (например, гемофилия, дальтонизм).

🌾 Селекция и Биотехнология

• Селекция — наука о создании новых и улучшении существующих пород, сортов и штаммов.
• Методы селекции: Искусственный отбор (массовый и индивидуальный), гибридизация (близкородственная — инбридинг, и неродственная — аутбридинг), мутагенез.
• Центры многообразия и происхождения культурных растений (Н.И. Вавилов).
• Биотехнология: Использование живых организмов и биологических процессов для производства продуктов.
  • Клеточная инженерия: Культура тканей, клонирование.
  • Генная инженерия: Целенаправленное изменение генома (получение ГМО).

🦍 Эволюция

🐒 Дарвинизм (Теория эволюции Ч. Дарвина):

Движущие силы эволюции:

1. Наследственная изменчивость — материал для эволюции.
2. Борьба за существование — отношения между организмом и средой.
3. Естественный отбор — главная направляющая сила, выживание наиболее приспособленных.

🔬 Синтетическая Теория Эволюции (СТЭ):

Объединяет дарвинизм с генетикой. Элементарная единица эволюции — популяция. Элементарный материал — мутации и комбинации генов.

Факторы эволюции:

1. Мутационный процесс.
2. Популяционные волны (колебания численности).
3. Дрейф генов (случайные изменения частот аллелей).
4. Изоляция (прекращение потока генов между популяциями).
5. Естественный отбор.

Результаты эволюции:

1. Возникновение адаптаций (приспособлений).
2. Видообразование.
3. Прогресс и дивергенция (расхождение признаков).

Доказательства эволюции:

Палеонтологические, эмбриологические, сравнительно-анатомические, биогеографические, молекулярно-генетические.

Макроэволюция: Надвидовая эволюция, ведущая к образованию таксонов высокого ранга.

🌱 Экология

Экология — наука о взаимоотношениях организмов между собой и со средой обитания.

☀️ Среда Обитания и Экологические Факторы:

• Абиотические (свет, температура, влажность).
• Биотические (взаимодействие с другими организмами: хищничество, паразитизм, конкуренция, симбиоз).
• Антропогенные (влияние человека).

Экологическая ниша — «профессия» вида в сообществе.

🌳 Экосистема (Биогеоценоз):

Единство биоценоза (сообщества организмов) и биотопа (местообитания).

Цепи питания:

Продуценты (растения) $\rightarrow$ Консументы (животные: I, II, III порядка) $\rightarrow$ Редуценты (бактерии, грибы).

Правило 10%: С каждого трофического уровня на следующий переходит в среднем 10% энергии.

🌎 Биосфера (В.И. Вернадский):

Биосфера — глобальная экосистема Земли.

• Живое вещество — совокупность всех организмов.
• Функции живого вещества: Газовая, концентрационная, окислительно-восстановительная.
• Ноосфера — сфера разума, этап развития биосферы, когда разумная деятельность человека становится главным фактором.

🍄 Многообразие Организмов

1. Бактерии: Прокариоты, автотрофы (хемо- и фото-) и гетеротрофы.
2. Растения: Эукариоты, автотрофы (фотосинтез). Клеточная стенка из целлюлозы.
   • Низшие: Водоросли (тело — таллом).
   • Высшие: Имеют ткани и органы (Моховидные, Папоротниковидные, Голосеменные, Покрытосеменные).
3. Животные: Эукариоты, гетеротрофы. Активное движение. Нет клеточной стенки.
   • Беспозвоночные: Простейшие, Кишечнополостные, Черви, Моллюски, Членистоногие.
   • Позвоночные: Рыбы, Земноводные, Пресмыкающиеся, Птицы, Млекопитающие.
4. Грибы: Эукариоты, гетеротрофы (всасывание). Клеточная стенка из хитина.
5. Вирусы: Не клеточная форма жизни. Состоят из ДНК или РНК и белковой оболочки (капсида). Размножаются только внутри живой клетки-хозяина.

📚 Словарь Терминов (Нервная Система)

Аксон

Одиночный, удлинённый отросток нейрона, проводящий нервные импульсы от тела клетки к другим нейронам или рабочим органам.

Дендрит

Короткий, ветвящийся отросток нейрона, проводящий нервные импульсы к телу нейрона.

Нейрон

Основная структурная и функциональная единица нервной системы, способная принимать сигналы, перерабатывать их в нервные импульсы и проводить к нервным окончаниям.

Типы нейронов:

• Чувствительные (афферентные): передают импульсы от органов чувств в мозг.
• Двигательные (эфферентные): передают импульсы от мозга к мышцам и внутренним органам.
• Вставочные (ассоциативные): осуществляют связь между чувствительными и двигательными нейронами (не выходят за пределы мозга).

Синапс

Специализированная структура в месте контакта между нервными клетками или между нервными клетками и рабочими органами.

Нервный импульс

Кратковременное изменение электрического потенциала мембраны нервной клетки, распространяющееся вдоль нервного волокна.

Рефлекс

Ответная реакция организма на внутреннее или внешнее раздражение, контролируемая нервной системой.

Гомеостаз

Поддержание относительного постоянства химического состава внутренней среды организма.

Серое вещество мозга

Скопление тел нейронов и их коротких отростков в центральной нервной системе.

Белое вещество головного мозга

Скопление длинных отростков нейронов, покрытых миелиновой оболочкой, в головном и спинном мозге.

Соматическая нервная система (НС)

Часть НС, контролирующая работу скелетной мускулатуры и подчиняющаяся воле человека.

Вегетативная (автономная) нервная система

Часть НС, регулирующая деятельность внутренних органов и не подчиняющаяся воле человека.