Биология : для абитуриентов
Покупка
Тематика:
Общая биология
Издательство:
Вышэйшая школа
Авторы:
Заяц Роман Георгиевич, Бутвиловский Валерий Эдуардович, Давыдов Владимир Витольдович, Рачковская Ирина Владимировна
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 639
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-985-06-3470-2
Артикул: 820397.01.99
Содержит программный материал по биологии за курс общеобразовательной школы, примеры решения задач по молекулярной биологии, генетике, эволюции и экологии, а также задачи для самоконтроля с ответами.
Предыдущее издание вышло в 2019 г. Для абитуриентов учреждений высшего и среднего специального образования. Будет полезно слушателям подготовительных курсов и учащимся учреждений общего среднего образования.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- Среднее профессиональное образование
- 00.02.17: Биология
- ВО - Бакалавриат
- 06.03.01: Биология
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
УДК 57(075.4) ББК 28я729 Б63 А в т о р ы: Р.Г. Заяц, В.Э. Бутвиловский, В.В. Давыдов, И.В. Рачковская Биология : для абитуриентов / Р. Г. Заяц [и др.]. – 7-е изд. – Минск : Вышэйшая школа, 2022. – 639 с. : ил. ISBN 978-985-06-3470-2. Содержит программный материал по биологии за курс общеобразовательной школы, примеры решения задач по молекулярной биологии, генетике, эволюции и экологии, а также задачи для самоконтроля с ответами. Предыдущее издание вышло в 2019 г. Для абитуриентов учреждений высшего и среднего специального образования. Будет полезно слушателям подготовительных курсов и учащимся учреждений общего среднего образования. УДК 57(075.4) ББК 28я729 Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее части не может быть осуществлено без разрешения издательства. ISBN 978-985-06-3470-2 © Оформление. УП «Издательство “Вышэйшая школа”», 2022 Б63
ПРЕДИСЛОВИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ Для успешного поступления и дальнейшего обучения в учреждениях высшего образования медицинского, биологического и сельскохозяйственного профиля необходимы глубокие знания основ биологии. Значение биологии как науки об общих закономерностях возникновения и развития жизни очень велико. Знание биологии необходимо для осмысления места человека в системе природы, понимания взаимосвязей организмов и окружающей их неживой природы. Без этого невозможно внедрение в жизнь современных биотехнологий на базе генной инженерии, дальнейшее развитие селекции животных, растений и микроорганизмов, прогнозирование экологических ситуаций в различных регионах и состояния биосферы в целом, распознавание, профилактика и лечение многих болезней растений, животных и человека. Биология, по выражению академика И.В. Давыдовского, «является теоретической базой медицины», поэтому к абитуриентам, поступающим в учреждения высшего образования медико-биологического профиля, предъявляются высокие требования. Они должны показать знание строения и процессов жизнедеятельности вирусов, бактерий, грибов, растений, животных и человека, владеть основными терминами, понятиями, закономерностями, законами, концепциями и теориями биологии, уметь решать задачи по молекулярной биологии, генетике, эволюции и экологии, что позволит осознанно и правильно отвечать на вопросы тестовых заданий. Настоящее пособие не дублирует школьные учебники, а разъясняет основные положения разделов курса биологии в соответствии с современными данными и с требованиями, предъявляемыми при централизованном тестировании. Главная задача пособия – доступно изложить абитуриентам сложные и важные вопросы программы, облегчив тем самым подготовку к централизованному тестированию.
При написании пособия авторы использовали многолетний опыт преподавания биологии на подготовительном отделении Белорусского государственного медицинского университета. Все разделы пособия написаны кратко, четко, доступно, с одинаковой глубиной и степенью сложности. Порядок их расположения соответствует программе по биологии для поступающих в вузы. В пособии имеются образцы решения задач и задачи для самоконтроля по молекулярной биологии и генетике, эволюции и экологии. Главы «Доклеточные формы жизни», «Доядерные организмы (прокариоты)», «Протисты», «Грибы» и «Растения» раздела «Многообразие органического мира» написала профессор И.В. Рачковская, главу «Животные» – доцент В.В. Давыдов, раздел «Биология человека» – доцент В.Э. Бутвиловский, раздел «Общая биология» – профессор Р.Г. Заяц. Авторы выражают искреннюю благодарность и признательность всем сотрудникам кафедры биологии Белорусского государственного медицинского университета за помощь и поддержку при подготовке рукописи, а также профессору В.П. Андрееву и доценту Н.Д. Лисову – за ценные советы и замечания. Все замечания и пожелания, направленные на улучшение книги, будут приняты с благодарностью. Авторы
Органический мир нашей планеты чрезвычайно разнообразен. Миллионы различных живых существ встречаются во всех средах обитания – в воздухе, в воде и в почве. Это доклеточные и доядерные организмы; одноклеточные, колониальные и многоклеточные – вирусы, бактерии, грибы, растения и животные. Многообразны не только их формы, но и размеры. Одни организмы можно увидеть только с помощью электронного (вирусы, бактерии) или светового (протисты, некоторые кишечнополостные, черви, членистоногие) микроскопов; другие достигают гигантских размеров (растения – баобаб и секвойя, животные – киты, слоны, жирафы). В связи с таким многообразием возникает серьезная проблема изучения живых существ, их идентификации. Практически невозможно изучить каждый организм в отдельности. Необходима разработка классификации – объединения организмов по группам, или категориям, и изучение этих групп. Попытки классификации живых объектов берут начало от древнегреческого философа и ученого Аристотеля (IV в. до н.э.). Первые классификации были примитивными и в основе своей не имели единого научного принципа построения, который отражал бы закономерный порядок в природе. Шведский натуралист Карл Линней в работе «Система природы» (1735 г.) предложил основы систематики живых организмов, используя идею видов англичанина Джона Рея. Система Линнея была искусственной, так как учитывала один или несколько общих признаков, например число и расположение тычинок и пестиков в цветке. Развитие и совершенствование классификации живых организмов стало предметом науки систематики. В 1843 г. русский ботаник П.Ф. Горянинов опубликовал первую в России естественную (для того времени) систему расти5 МНОГООБРАЗИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА
тельного мира. Естественная система учитывает особенности внешнего и внутреннего строения, химический состав и течение биохимических реакций, родственные связи организмов и их происхождение. Законченной системы классификации до настоящего времени не существует. Единицей систематики, по Линнею, является вид. Линней впервые дал понятия вида и рода, а в дальнейшем – и порядка как более крупной таксономической категории. В настоящее время в систематике существуют следующие категории (таксономические единицы): вид, род, семейство, отряд (порядок), класс, тип (отдел), царство. Могут использоваться дополнительные категории: подвид, подотряд и т.д. Вид – основная единица классификации живых организмов. Вид – это совокупность особей, заселяющих определенную территорию (ареал), сходных по строению, поведению, имеющих общее происхождение, скрещивающихся исключительно между собой и дающих плодовитое потомство. Виды со сходными признаками объединяются в роды, роды – в семейства, семейства – в порядки, порядки – в классы. Близкие классы объединяются в отделы. Отделы объединяются в подцарства. Подцарства входят в состав царства. Каждый вид растения обозначается двумя словами – название рода и название вида (они даются на латинском языке – международном языке систематики). В этом суть бинарной (двойной) номенклатуры К. Линнея. Например, систематическая принадлежность паслена черного выглядит следующим образом: вид – Паслен черный род – Паслен семейство – П а с л е н о в ы е класс – Двудольные отдел – Цветковые подцарство – В ы с ш и е р а с т е н и я царство – Р а с т е н и я . В настоящее время выделяют п я т ь ц а р с т в живой природы: Б а к т е р и и (Дробянки); П р о т и с т ы ; Г р и б ы ; Р а с т е н и я . Ж и в о т н ы е . 6 МНОГООБРАЗИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА
ДОКЛЕТОЧНЫЕ ФОРМЫ ЖИЗНИ Доклеточные, или неклеточные, формы жизни представлены вирусами и бактериофагами (фагами). Вирусы впервые были описаны Д.И. Ивановским (1892 г.). По размеру они меньше бактерий и различимы только в электронный микроскоп. К настоящему времени описано около 3 тыс. вирусов, поражающих клетки тканей растений, животных и человека. Вирусы распространены в природе повсеместно. Они являются внутриклеточными паразитами. У вирусов нет структур, присущих типичной клетке. Наука о вирусах получила название вирусологии. По форме вирусы могут быть палочковидными, сферическими или гексагональными (рис. 1). Они лишены основных признаков, свойственных всему живому, не имеют систем энергообеспечения и не могут размножаться в изолированном виде. Описаны две формы существования вируса: покоящаяся (внеклеточная) и репродуцирующаяся (внутриклеточная). Одно из свойств живого – размножение – проявляется у вирусов при попадании в клетку хозяина. Они могут размножаться в цитоплазме или яд7 ДОКЛЕТОЧНЫЕ ФОРМЫ ЖИЗНИ Рис. 1. Формы вирусов: а– вирус телячьей оспы; б – вирус паротита (свинки); в – вирус СПИДа; г – аденовирус (респираторный вирус); д – риновирус; е – поливирус
ре клетки либо и в цитоплазме, и в ядре. Вирусы представляют собой, вероятно, обособившиеся генетические элементы клеток, которые приспособились к внутриклеточному паразитированию. С т р о е н и е т и п и ч н о г о в и р у с а следующее. Сердцевина содержит генетический аппарат вируса – ДНК или РНК. Молекулы нуклеиновых кислот могут быть одноили двухцепочечными, линейными, а молекула ДНК иногда может быть и кольцевой. Белковая капсула (капсид) покрывает сердцевину вируса, защищает генетический аппарат и обусловливает ферментативные и антигенные свойства вируса. Капсид часто состоит из идентичных повторяющихся субъединиц – капсомеров. ДНК вируса не связана с белками (рис. 2). Генетический аппарат вирусов при попадании их в клетку кодирует синтез вирусных частиц из биохимических предшественников клетки хозяина, используя биосинтетические и энергетические системы хозяина. Существуют два основных типа взаимодействия вируса с клетками: вирус проникает в клетку, изменяет ее функции и использует для воспроизведения огромного числа себе подобных вирусов, вызывая гибель клетки; вирус проникает в клетку и встраивает свой геном в генетический аппарат клетки; клетка изменяется, но не погибает. Бактериофаги (фаги, «пожиратели бактерий») – вирусы, паразитирующие только на бактериях. Впервые описаны Ф. Туортом (1915 г.). Фаги по структуре сходны с собственно вирусами и характеризуются структурным и химическим разнообразием. Они живут за счет бактерий, размножаются внутри бактериальных клеток и иногда способны разрушать клетки, в которых происходило их размножение. Некоторые бактериофаги имеют головку и хвост. Головка содержит генетический аппарат фага и покрыта капсидом. Хвост имеет полую сердцевину (стержень), окруженную чехлом из спирального белка, и хвостовые нити на конце (рис. 2). Обычно фаг прикрепляется к бактериальной клетке и впрыскивает в нее одиночную нить нуклеиновой кислоты. Белковая оболочка фага остается за пределами клетки 8 МНОГООБРАЗИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА
хозяина. По «команде» ДНК фага вещества бактериальной клетки начинают расходоваться на синтез вирусной ДНК и белка (для построения капсида), и в конце концов бактериальная клетка погибает. Оболочка клетки разрушается, и из нее выходят сотни образовавшихся фагов. Каждый из них способен снова поражать бактерию и повторять жизненный цикл. Значение вирусов и бактериофагов. Вирусы являются возбудителями болезней растений (например, вирус табачной мозаики), животных (вирус бешенства) и человека. Более 75% известных инфекционных заболеваний человека вызываются вирусами (например, вирус иммунодефицита человека – ВИЧ, гриппа, гепатита, кори и др.). Вирусы поражают клетки избирательно: вирус полиомиелита размножается только в нервных клетках человека, гепатита – в клетках печени. Вирусы являются удобным объектом при расшифровке генетического кода и широко используются в работах по генной инженерии. Бактериофаги иногда используются для лечения инфекционных заболеваний, вызываемых бактериями (например, дизентерии). Однако значение бактериофа9 ДОКЛЕТОЧНЫЕ ФОРМЫ ЖИЗНИ Рис. 2. Схема строения вируса (а) и бактериофага (б): 1 – капсид (белковая капсула); 2 – капсомеры; 3 – нуклеиновая кислота; 4 – головка; 5 – хвост; 6 – хвостовые нити
гов для микробиологической промышленности отрицательно: они подавляют развитие полезных микроорганизмов (например, при производстве антибиотиков). ДОЯДЕРНЫЕ ОРГАНИЗМЫ (ПРОКАРИОТЫ) Царство Б а к т е р и и включает два подцарства – Н а с т о я щ и е б а к т е р и и и О к с и ф о т о б а к т е р и и ( ц и а н о б а к т е р и и ). Бактерии – наиболее древняя группа представителей органического мира. Возраст пород, в которых обнаружены их споры, составляет 3,5 млрд лет. Бактерии являются объектом исследования микробиологии. Бактерии встречаются повсеместно, населяя все среды обитания. Наибольшее количество их находится в почве на глубине до 3 км (до 3 млрд в одном грамме). Бактерии обнаружены в пресной и соленой воде (в океане на глубине до 9 км), на ледниках и в горячих источниках. Их много в воздухе (на высоте до 120 км), в организмах животных и растений (как живых, так и мертвых). Не является исключением и организм человека. Оптимальные условия для жизни бактерий – наличие влаги и питательных веществ, температура среды 35…40 °С. Прямой солнечный свет губителен для бактерий. Бактерии представляют собой, как правило, микроскопические одноклеточные организмы размером от 0,2 до 10 мкм, в редких случаях – до 30–100 мкм. Существуют неподвижные (цианобактерии) и подвижные (настоящие бактерии) формы бактерий. Настоящие бактерии передвигаются с помощью одного или нескольких жгутиков (ворсинок), которые располагаются на всей поверхности тела или на определенном участке. У цианобактерий жгутики отсутствуют. Настоящие бактерии (рис. 3) подразделяются на пять м о р ф о л о г и ч е с к и х т и п о в : кокки (сферические формы); • диплококки (расположенные попарно); • стрептококки (образуют цепочки); • стафилококки (в виде грозди винограда); бациллы (палочковидные); спириллы (спиральные); вибрионы (в форме запятой); спирохеты (похожи на спириллы). 10 МНОГООБРАЗИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА