Программа курса " Введение в биологию"

Вид материала

Программа курса

Содержание Тема 3. Единицы живого (5 ч). Тема 5. Молекулярные основы жизни (4 ч). Тема 8. Разнообразие живого (15 ч). Тема 9. Молекулярные паразиты (2 ч) Возможная тематика семинарских занятий по курсу “Введение в биологию”

Подобный материал:

• Тематический план лекций курса по выбору, 52.05kb.
• Приказ № от Рабочая программа по (предмету) Введение в общую биологию и экологию Класс, 990.63kb.
• Задачи курса: -         овладение основами экологии; -         формирование научных, 101.29kb.
• 5 класс. Учебник «природа. Введение в биологию и экологию 5» авторы т. С. Сухова,, 161.71kb.
• Программа дисциплины Введение в регионоведение опд. Ф. 014, 233.23kb.
• Программа и календарно-тематический план курса «цитология» для студентов, обучающихся, 188.81kb.
• Программа элективного курса предпрофильной подготовки и профильного обучения «Введение, 91.03kb.
• Учебная программа курса Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное, 173.63kb.
• Программа курса Автор : к ф. н., доцент И. В. Ружицкий Целью курса «Введение в герменевтику», 100.72kb.
• Программа факультативного курса "Нейросетевые технологии и введение в нейросемантику", 64.93kb.

Приложение 1.3.1-3


Программа курса

“Введение в биологию”

для студентов биолого-почвенного факультета СПбГУ


52 часа лекций


Авторы программы:

чл.-корр. РАН, д.б.н. проф. С.Г.Инге-Вечтомов,

к.б.н., доц. О.Ю.Семенов,

к.б.н., доц. О.Н.Тиходеев,

д.б.н. проф. П.Я.Шварцман

Тема 1. Структура научного метода (1 ч).

1. Способы получения новых знаний: интуиция и наука. Воспроизводимость результатов как основа научного метода. Деление наук на естественные, гуманитарные и точные. Условность этого деления.
   
2. Структура научного метода. Постановка и формулирование проблемы. Выбор модели. Сбор фактов (наблюдение). Формулирование гипотез и их проверка (эксперимент). Понятие о контрольных и опытных вариантах эксперимента. Количественная оценка (сравнение) результатов, их статистическая обработка. Использование научного анализа и синтеза. Путь от гипотез к научной теории. Постепенная эволюция научных теорий.
   
3. Система научного знания. Взаимосвязь прогресса в различных науках. Соотношение науки и культуры, естественно-научного и гуманитарного образования.
   

Тема 2. Что такое жизнь? (2 ч).

1. Предмет биологии как естественной науки. Понятие “жизнь”. Основные отличия живого от неживого: обмен веществ и энергии (питание, дыхание, выделение), чувствительность и авторегуляция, смертность, способность к размножению, наследственная изменчивость. Клеточное строение живого. Живые объекты как открытые системы. Термодинамика открытых систем.
   
2. Невозможность строгого определения понятия “жизнь”. Относительность различий между живыми и неживыми объектами. Принципиальная возможность зарождения живого из неживого (эксперименты Велера и Миллера). Невозможность самозарождения жизни в настоящее время. “Omnis cellula e cellula”. Жизнь как “основное понятие” биологии. Неопределяемость основных понятий в других областях науки.
   

Тема 3. Единицы живого (5 ч).

Повторение: Сложность биологических объектов. Научный анализ и синтез в изучении биологических объектов.

1. Основные единицы биологической дискретности: особь и клетка. Наличие особых структур, отграничивающих особь и клетку от окружающей среды.
   

• Клетка. Основные компоненты клетки: клеточная мембрана, цитоплазма и генетическая информация. Понятие о про- и эукариотических клетках. Принцип компартментализации. Разнообразие клеточных органоидов. Деление клеток. Возможные трудности при вычленении клеток: водоросли, грибы, синцитии животных, плазмодии.
  
• Особь = организм. Критерии организма: обособленность и неделимость. Наиболее просто устроенные особи: одноклеточные организмы. Истинная многоклеточность. Размножение особей. Непрерывный ряд поколений. Эволюция как непрерывный процесс, основанный на размножении особей. Возможные трудности при вычленении особей (клоны и колонии, специализация особей в составе одной колонии).
  

2. Синтетические единицы в биологии.
   

• Таксономические категории. Основные задачи классификации (систематики). Сравнение организмов. Проблема выбора существенных для сравнения признаков. Таксономическая категория как совокупность организмов, имеющих определенную степень сходства (родства). Иерархия таксономических категорий: вид, род, семейство, отряд, класс, тип, царство. Условность таксономических категорий.
  
• Естественные группировки организмов. Разнообразие взаимоотношений между организмом и средой обитания. Абиотические и биотические факторы внешней среды. Совместное обитание (симбиоз) организмов: мутуализм, кооперация комменсализм, хищничество и паразитизм, аменсализм, конкуренция. Популяция как естественная внутривидовая группировка. Биоценоз как естественная межвидовая группировка. Структура биоценоза: понятие о продуцентах, консументах и редуцентах. Пищевые цепи, сети и пирамиды. Динамическая стабильность (авторегуляция) биоценозов. Сукцессия. Климаксовые биоценозы. Необратимые изменения биоценозов. Условность вычленения внутривидовых и межвидовых группировок.
  

3. Единицы строения многоклеточных организмов. Специализация клеток в многоклеточном организме. Сравнение клеток одной особи по их признакам.
   

• Ткани как совокупности клеток, сходных по строению и выполняемым функциям. Основные типы тканей животных и растений.
  
• Органы: многотканевые структуры, обеспечивающие выполнение общей функции.
  
• Системы органов (у животных).
  

Взаимосвязанность всех тканей и органов в пределах особи.


Тема 4. Принцип структурно-функционального соответствия

в организации живого (2 ч)

Повторение: Сложность живых объектов. Возможности научного анализа и синтеза. Единицы строения многоклеточных организмов.

1. Принцип разделения функций в организации живого. Многоклеточный организм как иерархия специализированных структур (системы органов, органы, ткани, отдельные клетки). Клетка как иерархия специализированных структур (органоиды, молекулярные комплексы, отдельные молекулы).
   
2. Принцип структурно-функционального соответствия. Невозможность выполнения функции при отсутствии соответствующих структур. Сходные требования к структурам, выполняющим похожие функции (на примере органов, служащих у различных животных для измельчения пищи). Структурно-функциональное соответствие на молекулярном уровне.
   
3. Признак как результат выполнения функции. Понятие о биологическом признаке. Сложные признаки. Элементарные признаки как результат выполнения элементарных биологических функций. Изучение элементарных биологических функций через элементарные признаки. Понятие о генах и фенах.
   

Тема 5. Молекулярные основы жизни (4 ч).

Повторение: Принцип структурно-функционального соответствия. Элементарные биологические функции.

1. Разнообразие органических веществ (биомолекул). Основные классы биомолекул: жиры, углеводы, белки и нуклеиновые кислоты. Связь между строением молекулы и ее биологическими функциями.
   
2. Жиры: особенности строения и основные биологические функции.
   
3. Углеводы: особенности строения и основные биологические функции. Моно-, ди- и полисахариды.
   
4. Белки. Полимерное строение белков. Аминокислоты и их разнообразие. Причинно-следственные взаимоотношения между первичной, вторичной, третичной и четвертичной структурой белка. Функциональное разнообразие белков. Значение белков-ферментов. Конформационные изменения молекулы белка, их адаптивная роль. Невозможность биосинтеза белка в отсутствие генетической информации.
   
5. Нуклеиновые кислоты. Полимерное строение нуклеиновых кислот. Нуклеотиды. Строение нуклеотида: азотистое основание, (дезокси)рибоза, фосфатная группа. Комплементарное взаимодействие нуклеотидов. Типы нуклеиновых кислот:
   

• ДНК. Строение двунитевой молекулы. Возможность диссоциации и реассоциации комплементарных нитей. Репликация ДНК как матричный процесс. Молекулярные системы, обеспечивающие точность репликации. Неизбежность ошибок репликации.
  
• РНК: Особенности строения и нуклеотидного состава.
  

Тема 6. Как формируются признаки организма? (8 ч).

Повторение: Элементарные признаки как результат выполнения элементарных биологических функций.

1. Экспрессия гена. Причинно-следственная связь между генами и признаками организма. Экспрессия гена. Транскрипция и трансляция как матричные процессы. Сложность молекулярных аппаратов транскрипции и трансляции. Генетический код. Центральная догма молекулярной биологии. Миграция белка в соответствующие компартменты.
   
2. Регуляция экспрессии гена. Возможность регуляции на разных этапах экспрессии. Значение и принципы транскрипционной регуляции. Понятие о транскрипционных факторах и структурных элементах промотора. Оперонная схема регуляции у прокариот. Адаптивная роль регуляции экспрессии генов.
   
3. Дифференциальная экспрессия генов в процессе развития. Индивидуальное развитие многоклеточных эукариот как результат клеточной дифференцировки. Значение транскрипционной регуляции в процессах дифференцировки. Каскадный принцип транскрипционной регуляции. Как запускается транскрипционный каскад? Понятие о терминальной дифференцировке. Апоптоз. Регенерация. Аномалии развития как результат нарушения дифференцировки.
   
4. Молекулярно-генетические основы биологических ответов. Биологические ответы как механизм адаптаций к постоянно меняющейся среде обитания. Система биологического ответа: рецептор, передача сигнала и собственно ответ. Рецепторы: принципы строения и функционирования. Основные способы передачи воспринятого сигнала: транскрипционные и протеинкиназные каскады. Системы быстрого и медленного биологического ответа. Преимущественное использование быстрых и медленных ответов в разных царствах живого. Нервная система как наиболее эффективное воплощение принципов быстрого ответа. Поведение и гомеостаз как система биологических ответов организма на внешние и внутренние сигналы.
   

Тема 7. Биология размножения (4 ч).

Повторение: Биологический смысл размножения.

1. Основные типы размножения: бесполое и половое. Их задачи и роль в эволюции.
   
2. Бесполое размножение. Деление клеток. Смертны ли клетки? Клеточный цикл. Митоз как основа бесполого размножения (у эукариот). Вегетативное размножение.
   
3. Половое размножение. Оплодотворение. Основные типы оплодотворения: изогамия (морфологическая, но не физиологическая), анизогамия, оогамия. Гаметы, зигота. Мейоз как необходимое условие полового процесса. Жизненный цикл. Закономерное чередование диплоидной и гаплоидной фаз жизненного цикла. Разнообразие жизненных циклов. Зародышевая плазма и сома. Вспомогательные системы, обеспечивающие половую изоляцию.
   

Тема 8. Разнообразие живого (15 ч).

Повторение: Предмет и задачи классификации (систематики). Таксономические категории.

1. Классификация живых существ. Системы искусственные и естественные. История систематики (Аристотель, Гешнер, Боэн, Рей, Линней и др.). Принципы научной классификации организмов: биномиальность и иерархичность. Таксоны. Систематика и филогения. Дивергенция и конвергенция. Гомологии и аналогии. Монофилия и полифилия. Понятие об уровне организации. Различия между понятиями “таксон” и “жизненная форма” (на примере саркодовых, жгутиконосцев, грибов, растений и других групп). Понятие о микро-, макро- и мегасистематике.
   
2. Принципы построения мегасистем: исключение полифилии, оптимальная диагносцируемость, единство уровня разнообразия и обособленности таксонов одинакового ранга. Особенности организации основных клеточных аппаратов (ядерного, фотосинтетического, митохондриального, мембранного, белок-синтезирующего, двигательного), как наиболее консервативные признаки, удобные для построения мегасистем.
   
3. Современные мегасистемы: взгляды Уиттэйкера, Маргелиса, Тахтаджяна, Старобогатова, Кусакина, Дроздова и др.
   
4. Прокариоты:
   

• Бактерии. Особенности оганизации клетки. Строение бактериального жгутика, движение. Размножение. Типы генетической рекомбинации (трансформация, конъюгация, трансдукция). Питание бактерий (автотрофы, гетеротрофы, фототрофы, хемотрофы, органотрофы, литотрофы). Основные группы бактерий (грамположительные, грамотрицательные, микоплазмы) и их таксономический статус.
  
• Археи. История открытия. Особенности организации и биологии (своеобразие рибосомных и транспортных РНК, необычность строения плазматической мембраны и поверхностных слоев, экстремофильность и др.). Кренархеоты и Эвриархеоты – их таксономический статус.
  

5. Эукариоты. Гипотезы симбиотического и автогенетического происхождения эукариотической клетки. Роль симбиоза в эволюции и формировании многообразия эукариот (лишайники, микоризы, кораллы, губки, погонофоры и др.).
   

• Протисты – эукариотические организмы на клеточном уровне организации. Особенности строения (формообразующие и опорные элементы, жгутиковый аппарат, экструсомы, сократительные вакуоли, хлоропласты). Питание (автотрофы, фаготрофы, сапротрофы). Размножение (бесполое, половое). Особенности организации, жизненных циклов и распространения Микроспоридий, Архемонад, Родобионтов, Миксобионтов, Эвгленобионтов, Альвеолят, Гетероконтов. Их таксономический статус.
  
• Грибы. Особенности строения (мицелий, гифы и их модификации) и ультраструктурной организации (ядерный аппарат, комплекс Гольджи, клеточная стенка, рибосомы и др.). Бесполое размножение (спороношение, почкование). Особенности полового размножения у грибов. Питание грибов. Краткая характеристика основных групп (зигомицеты, аскомицеты, базидиомицеты), их роль в природе.
  
• Растения  многоклеточные автотрофные эукариоты с выраженной дифференцировкой тканей. Чередование гаплоидного (гаметофит) и диплоидного (спорофит) поколений. Различия в морфологической организации гаметофитов и спорофитов. Разнонаправленность эволюции спорофитного и гаметофитного поколений. Происхождение растений. Наиболее важные эволюционные преобразования организации и жизненных циклов у основных групп: моховидные, споровые сосудистые растения, семенные растения.
  
• Животные – многоклеточные гетеротрофные эукариоты с гаметической редукцией. Сложно дифференцированные ткани, органы и системы органов – лейтмотив эволюции животных. Наиболее важные особенности строения и жизненных циклов, приобретенные животными разных уровней организации (радиальные, билатеральные; первичнополостные, вторичнополостные; первичноротые, вторичноротые).
  

Тема 9. Молекулярные паразиты (2 ч)

Повторение: Невозможность строгого определения понятия “жизнь”.

1. Вирусы и бактериофаги как особая форма организации материи. Особености строения. Проникновение в клетку хозяина. Размножение (бактериофаги, ДНК-содержащие вирусы, РНК-содержащие вирусы). Гипотезы происхождения вирусов. Значение вирусов для теории и практики.
   
2. Плазмиды и транспозоны, их возможная роль в эволюции клеток и организмов.
   

Тема 10. История жизни (8 ч).

Повторение: Эволюция как изменение биологического разнообразия во времени.

1. Возникновение жизни. Основные теории происхождения жизни: креационизм, самозарождение, панспермия, биохимическая эволюция. Возможные пути эволюции пробионтов и возникновение первых клеток.
   
2. Доказательства (свидетельства) эволюции. Универсальность молекулярной организации живого. Основные палеонтологические, географические, анатомические, эмбриологические и биохимические данные, свидетельствующие об эволюции. Успехи искусственного отбора.
   
3. Микроэволюция. Роль мутационной и комбинативной изменчивости, отбора, дрейфа генов и изоляции.
   
4. Макроэволюция. Градуализм или сальтационизм? Как возникают новые структуры и функции? Дупликация и дивергенция генов и геномов. Понятие о доменах белковой молекулы. Возможные механизмы комбинаторики доменов. Модульный принцип биологической эволюции. Значение регуляторных генов в макроэволюции. Направленность и необратимость эволюции. Биологический прогресс и регресс. Способы достижения биологического прогресса. Понятие об идиоадаптациях и ароморфозах. Основные ароморфозы в эволюции растений и животных. Проблема вымирания больших таксономических групп. Геохронология наиболее важных эволюционных событий.
   

Тема 11. Структура биологии (1 ч)

1. Способы классификации биологических дисциплин:
   

• по изучаемым объектам (зоология, ботаника, микробиология и т.д.);
  
• по уровням биологической организации (молекулярная биология, цитология, гистология, анатомия и морфология и т.д.);
  
• по изучаемым процессам (физиология, генетика, биология развития, этология, экология, теория эволюции и т.д.);
  
• по методологии (биофизика, биохимия, генетика и т.д.);
  

2. Проблема дифференциации и единства биологии. Относительность классификации биологических дисциплин. Значение дискретности (молекулярного мышления) в современной биологии. Постепенный переход биологии от описания живой природы к изучению ее причинно-следственных закономерностей. Редукционизм и многоуровневость биологических дисциплин. Значение биологии в современном обществе: медицинские, экологические и биотехнологические аспекты. Перспективы биологии.
   

Возможная тематика семинарских занятий по курсу “Введение в биологию”

1. Что в биологии называется царством и сколько царств существует?
   
2. История биологии за два часа (о некоторых наиболее важных «с точки зрения преподавателя» вехах в истории биологии)
   
3. Вирусы – это “жизнь” или “нежить”?
   
4. Мутуалистический симбиоз и кооперация – насколько они широко распространены (что в большей степени движет эволюционным развитием – конкуренция или альтруизм)?
   
5. Малоизвестные парадоксы: как организмы превращаются в органы (колонии сифонофор, карликовые самцы, агрегации у бактерий и протистов, суперорганизмы социальных насекомых и др.)
   
6. Иммунитет – борьба с “хорошим” чужим или с “плохим” своим?
   
7. Когда, как и почему обезьяна превратилась в человека (“что” еще обезьяна и “кто” уже человек)?
   
8. Пол, половой процесс и половое размножение. (Есть ли виды у которых существует более 2-х “полов”? Кто такие гермафродиты? Как может определяться пол? Что такое партеногенез, андрогенез, педогенез и др?)
   

1. Почему на Земле периодически вымирают крупные группы организмов?
   

Рекомендуемая литература

1. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология. М.”Мир”. 1990. В трех томах.

2. Дольник В.Р. Непослушное дитя биосферы. М. «Педагогика-Пресс»,1994.

3. Докинз Р. Эгоистичный ген. М. “Мир”. 1993.

4. Кемп П., Армс К., Введение в биологию. М., Мир, 1988

5. Медников Б.М. Биология: формы и уровни жизни. М., Просвещение, 1994

6. Рейвн П., Эверт Р., Айкхорн С. Современная ботаника. М., Мир, 1990