Общая биология. 10-11 класс

275 Pages·9.202 MB·Russian

by  Беляев Д.К. (ред.).

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ НА
Космическое
IV
излучение
ЫН; Солнечно*
*
излучу
о_
и.' &
6 )
Элеккттррииччеессккииее / 1
О ^ {
разряды
О
н— с = ы
Горячие
источники
Н —-Формгальдеги’А НС^НС^
Ч‘С=Ы Н Н НС
\Н
Ы^С''х : н Ы*С
— N
I
н о с н 2 носн.
н с ^ с н НС Ли
^ / Ч и I л
Пиримидин н НС С и С“С
\ н ■ ;;он Гс'н
Пурин
< н ын
СНЙ Т (
о_
ш |Ы н (
ы* ч с н
6 о Нуклеотид
о И С К > 0 (м
о XI 9 о = с с н
о_ О
С[ Н0-Р -0 -(^Н20 Х|ч|/ Полисахариды \
X о н н е ' х с н
\ н н /
с — с
Мембрана
н
Самоудвоение
молекул
нуклеиновых
ЕНИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
н С н с. н .с. н
у ы у \ " А А \ НА Н -С- Н -С н -с
н с А с А с с н 'с' н И н чс/ нчс/ н чсн
н н
н н н н н н
чн
н н н н
носн2
^-Л0 Н
I 1
с -о НСс Н С НС НС Н^С (он
Ни о н нс'н сн н н н И Н Н
н о хо ц н/он о = ^ н
Карбоновые кислоты
он
Углеводы
Аминокислоты
ББК 28.0я72
0-28
Авторы:
Д. К. Беляев, А. О. Рувинский, Н. Н. Воронцов, Е. В. Грунтенко Г М Дымшиц,
Ю. Я. Керкис, С. С. Красновидова, 3. С. Никоро, Р. И. Салганик А. А. Титлянова,
Н. Б Христолюбова
Работа между авторами распределилась следующим образом: академик АН
СССР Д. К. Беляев написал Введение и гл. IX; проф. А. О. Рувинский и канд. биол.
наук 3. С. Никоро — гл. VII, VIII (темы «Наследственная изменчивость человека» и
«Лечение и предупреждение некоторых наследственных болезней человека» написали
совместно проф. А. О. Рувинский и проф. Ю. Я. Керкис); гл. X и XI принадлежат
А. О. Рувинскому; гл. XII, XIII — проф. Н. Н. Воронцову; докт. биол. наук Е. В. Грун­
тенко раскрыл тему «Организм как единое целое»; канд. биол наук Г М. Дымшиц
написал гл. IV, XII; канд. биол. наук С. С. Красновидова—гл. XIV; чл.-кор. АН СССР
Р. И. Салганик — гл. I, III, докт. биол. наук А. А. Титлянова — гл. XV, XVI, XVII;
докт. биол. наук Н. Б. Христолюбова — гл. II, V, VI (тема «Зародышевое развитие
организмов»).
Общая биология: Учеб. для 10 — 11 кл. сред, шк./
0-28 Д. К. Беляев, А. О. Рувинский, Н. Н. Воронцов и др.;
Под ред. Д. К. Беляева, А. О. Рувинского. — М.: Просве­
щение, 1991. — 271 с.: ил. — I5ВN 5-09-003365-Х.
„ 4306021000—266 ........................................ ....................
О —доз(оз)—91— ИНФ- письмо—91, № 112 а ББК 28.0я72
© Беляев Д. К., Рувинский А. 0.,
18ВМ 5-09-003365-Х Воронцов Н. Н и др., 1991
КАК ПОЛЬЗОВАТЬСЯ УЧЕБНИКОМ
Ознакомьтесь с оглавлением учебника — вам будет понятно его
построение, расположение параграфов по главам.
Изучая учебник, рассматривайте в нем рисунки, фотографии и
схемы. Обращайте внимание на выделение терминов курсивом —
это поможет лучше запомнить изучаемый материал.
На полях учебника в конце параграфов вы увидите символичес­
кие знаки. Знак ? помещен рядом с вопросами, предназначенными
для проверки усвоенных знаний; знак ► указывает на задания твор­
ческого характера, которые предлагают вам осмыслить изученное;
знак ► обозначает задачи; знак — это задания на повторение из
о
курсов ботаники, зоологии, анатомии, физиологии и гигиены чело­
века, а также из учебных пособий и справочных книг (например,
«Биология. Справочные материалы», книги для чтения по ботани­
ке, зоологии, анатомии, физиологии и гигиене человека). Это помо­
жет лучшему усвоению и закреплению пройденного на уроках.
Внимательно рассмотрите форзацы учебника. На них будут
ссылки в тексте.
В конце учебника помещены справочные сведения, которые
помогут более глубокому пониманию общей биологии, и указатель
основных биологических терминов, по которому всегда можно
найти те страницы книги, где объясняется какой-либо термин или
понятие. Указатель помогает ориентироваться в книге, а значит,
лучше понимать учебный предмет.
Пользуясь учебником, будьте аккуратны. Не перегибайте книгу,
бережно перелистывайте страницы. Этот учебник еще будет слу­
жить вашим младшим товарищам.
ВВЕДЕНИЕ
Биология — наука о живой природе и закономерностях, ею
управляющих. Биология изучает все проявления жизни, строение и
функции живых существ, а также их сообществ. Она выясняет
происхождение, распространение и развитие живых организмов,
связи их друг с другом и с неживой природой.
Живому миру характерно необычайное разнообразие. В насто­
ящее время обнаружено и описано примерно 500 тыс. видов расте­
ний и более 1 млн. видов животных, более 3 тыс. видов бактерий и
сине-зеленых водорослей, сотни тысяч грибов. Число еще не опи­
санных видов оценивается по меньшей мере в 1—2 млн. Выявление
и объяснение общих явлений и процессов для всего многообразия
организмов — задача общей биологии.
Основные признаки живого. Каждый организм представляет
собой совокупность упорядоченно взаимодействующих структур,
образующих единое целое, т. е. является системой. Живые орга­
низмы обладают признаками, которые отсутствуют у большинства
неживых систем. Однако среди этих признаков нет ни одного тако­
го, который был бы присущ только живому. Возможный способ
описать жизнь — это перечислить основные свойства живых орга­
низмов.
1. Одна из наиболее примечательных особенностей живых орга­
низмов — это их сложность и высокая степень организации. Они
характеризуются усложненным внутренним строением и содержат
множество различных сложных молекул.
2. Любая составная часть организма имеет специальное назначе­
ние и выполняет определенные функции. Это относится не только к
органам (почки, легкие, сердце и т. д.), но и к микроскопическим
структурам и молекулам.
3. Живые организмы обладают способностью извлекать, пре­
образовывать и использовать энергию окружающей среды — либо
в форме органических питательных веществ, либо в виде энергии
солнечного излучения. Благодаря этой энергии и веществам, посту­
пающим из окружающей среды, организмы поддерживают свою
целостность (упорядоченность) и осуществляют различные функ­
ции, возвращают же в природу продукты распада и преобразован­
ную энергию в виде тепла, т. е. организмы способны к обмену веще­
ством и энергией.
4. Организмы способны специфически реагировать на измене­
ния окружающей среды. Способность реагировать на внешнее раз­
дражение — универсальное свойство живого. 5
5. Живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания.
Они прекрасно соответствуют своему образу жизни. Достаточно
ознакомиться со строением крота, рыбы, паразитического червя,
чтобы представить в общих чертах, как они живут. Особенности
строения, функций и поведения данного организма, отвечающие его
образу жизни, называются адаптациями (приспособлениями).
6. Самая поразительная особенность живых организмов — спо­
собность к самовоспроизведению, т. е. размножению. Потомство
всегда сходно с родителями. Таким образом, существуют механизмы
передачи информации о признаках, свойствах и функциях организ­
мов из поколения в поколение. В этом проявляется наследствен­
ность. Как установлено, механизмы передачи наследственных
свойств одинаковы для всех видов. Однако сходство родителей и
потомков никогда не бывает полным: потомки, будучи похожи на
родителей, всегда в чем-то отличаются от них. В этом состоит явле­
ние изменчивости, основные законы которой также общие для всех
видов. Таким образом, живым организмам свойственны размноже­
ние, наследственность и изменчивость.
7. Для живого характерна способность к историческому разви­
тию и изменению от простого к сложному. Этот процесс называют
эволюцией. В результате эволюции возникло все многообразие
живых организмов, приспособленных к определенным условиям
существования (см. форзац II).
Уровни организации жизни. Для живой природы характерны
разные уровни организации ее структур, между которыми суще­
ствует сложное соподчинение. Жизнь на каждом уровне изучают
соответствующие отрасли биологии.
Самый нижний, наиболее древний уровень — это уровень моле­
кулярных структур жизни. Здесь проходит граница между живым
и неживым. Выше лежит клеточный уровень жизни. И клетка, и
заключенные в ней молекулярные структуры в главных чертах
строения у всех организмов сходны.
Органно-тканевый уровень характерен только для многоклеточ­
ных организмов, у которых клетки и образованные из них части
организма достигли высокой степени структурной и функциональ­
ной специализации.
Следующий уровень — это уровень целостного организма. Как
бы ни различались организмы между собой, их объединяет то, что
они все состоят из клеток.
Вид, объединяющий принадлежащие ему организмы, составляет
более сложный уровень организации жизни. Здесь действуют свои
законы — законы внутривидовых отношений организмов.
Наконец, еще более высоким уровнем является уровень биоцено­
зов, т. е. сообществ всех видов, населяющих ту или иную террито­
рию или акваторию. На этом уровне действуют законы межвидовых
отношений.
Совокупность всего живого, населяющего Землю, составляет
биосферу. Это высший уровень организации жизни. Законы, харак­
терные для более высоких уровней организации живого мира, не
исключают действия законов, присущих более низким уровням.
Общая биология изучает законы, характерные для всех уров­
ней организации жизни.
Методы изучения биологии. Для изучения живой природы био­
логи применяют различные методы. Наблюдение позволяет
выявить объекты и явления. Сравнение дает возможность устано-
5
вить закономерности, общие для разных явлений в живой природе.
В эксперименте или в опыте создается ситуация, помогающая
выявить те или иные свойства биологических объектов. Историче­
ский метод позволяет на основе данных о современном органичес­
ком мире и его прошлом познавать процессы развития живой приро­
ды. Кроме этих основных методов применяется много других.
При изучении биологических объектов используется самая раз­
личная техника: микроскопы, ультрацентрифуги, разнообразные
химические анализаторы, компьютеры и множество других прибо- .
ров, позволяющих раскрыть тайны живой материи. Свой вклад в
изучение биологии вносят специалисты, казалось бы, далекие от
биологии: химики, физики, математики, инженеры и многие другие.
Значение биологии. Биология решает важнейшие практические
задачи. Одна из них — производство продовольствия. Для того
чтобы обеспечить питанием все увеличивающееся население нашей
планеты, необходимо иметь высокопродуктивные сорта сельскохо­
зяйственных растений и породы животных, а также совершенные
методы их выращивания. Эти проблемы нельзя решить, не зная
законов биологии, прежде всего законов наследственности, и не
опираясь на них в агрономии и зоотехнии.
Очень важна задача разработки методов предупреждения и лече­
ния болезней человека, особенно таких тяжелых, как сердечно­
сосудистые, злокачественные образования. Решение этой задачи
требует глубокого исследования жизненных процессов и механиз­
мов, ими управляющих, как в отдельных клетках, так и в организ­
мах.
Важнейшая задача нашего времени, которая встала перед чело­
вечеством, — охрана природы и приумножение ее богатств. Эта
задача продиктована тем, что под влиянием хозяйственной деятель­
ности человека идет процесс загрязнения окружающей среды,
вследствие чего происходит сокращение численности и даже гибель
видов животных и растений. Загрязнение окружающей среды отри­
цательно влияет на здоровье человека.
Остановить развитие промышленности и рост городов невоз­
можно. Но совершенно необходимо предотвратить угрозу, которую
несет этот процесс природе и самому человеку, что также требует
глубокого знания законов общей биологии. надо
Биология внесла большой вклад в формирование материалисти­
ческого мировоззрения, хотя идеалистические представления о при­
роде еще продолжают жить. Важным условием противодействия им
является знание естественных законов жизни организмов.
Прогресс биологии в XX в., ее возросшая роль среди других наук
и для существования человечества определяют и ее значительно
более высокий уровень сравнительно с тем, какой она имела 20—30
лет назад. По уровню биологических исследований можно судить о
материально-техническом развитии общества, так как биология ста­
новится реальной производительной силой, а также научной осно­
вой рациональных отношений между человеком и природой.
Р а з д е л I.
КЛЕТКА — ЕДИНИЦА ЖИВОГО
Г л э в э I
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ
В живых организмах содержится большое количество химичес­
ких элементов. Они образуют два класса соединений — органичес­
кие и неорганические.
Химические соединения, основой строения которых являются
атомы углерода, составляют отличительный признак живого. Эти
соединения называются органическими. Органические соединения
чрезвычайно многообразны, но только четыре класса их имеют
всеобщее биологическое значение: белки, нуклеиновые кислоты,
углеводы и липиды.
§ 1. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Биологически важные химические элементы. Из известных нам
110 химических элементов в состав клеток живых организмов вхо­
дят только 24. Набор этих элементов не случаен. Жизнь зародилась
в водах мирового океана, и живые организмы состоят преимуще­
ственно из тех элементов, которые образуют легко растворимые в
воде соединения. Большинство таких элементов принадлежит к
числу легких, их особенностью является способность вступать в
прочные (ковалентные) связи и образовывать множество сложных
и разнообразных молекул.
В составе клеток человеческого тела преобладают водород (бо­
лее 60%), кислород (около 25%) и углерод (около 10%). На азот,
кальций, фосфор, хлор, калий, серу, натрий, магний, вместе взятые,
приходится менее 3%. Остальные 13 элементов составляют не более
0,1%. Сходный элементарный состав имеют клетки большинства
животных; отличаются лишь клетки растений и микроорганизмов.
Даже те элементы, которые в клетках содержатся в ничтожно
малых количествах, ничем не могут быть заменены и совершенно
необходимы для жизни. Так, содержание иода в клетках не превы­
шает 0,01%. Однако при недостатке его в почве (из-за этого и в
пищевых продуктах) задерживается рост и развитие детей, живущих
в районах земного шара, где в почве не хватает иода. Содержание
меди в клетках животных не превышает 0,0002%. Но при недо­
статке меди в почве (отсюда и в растениях) возникают массовые
заболевания сельскохозяйственных животных.
7
Значение для клетки основных элементов приведено в конце
этого параграфа.
Неорганические (минеральные) соединения. В состав живых
клеток входит ряд относительно простых соединений, которые
встречаются и в неживой природе — в минералах, природных водах.
Это неорганические соединения.
Вода — одно из самых распространенных веществ на Земле. Она
покрывает большую часть земной поверхности. Почти все живые
существа состоят в основном из воды. У человека содержание воды
в различных органах и тканях варьирует от 20% (в костной ткани)
до 85% (в головном мозге). Около 2/3 массы человека составляет
вода, в организме медузы до 95% воды, даже в сухих семенах вода
составляет 10—12%.
Вода обладает некоторыми уникальными свойствами. Свойства
эти настолько важны для живых организмов, что нельзя предста­
вить жизнь без этого соединения водорода и кислорода.
Уникальные свойства воды определяются структурой ее моле­
кул. В молекуле воды один атом кислорода ковалентно связан с
двумя атомами водорода (рис. 1). Молекула воды полярна (диполь).
Положительные заряды сосредоточены у атомов водорода, так как
кислород электроотрицательнее водорода.
: 0 * Н или Ю — Н
* 1
Н Н
Рис. 1. Структура молекулы воды:
звездочками обозначены электроны атома кислорода, а точками — электроны ато­
мов водорода
Отрицательно заряженный атом кислорода одной молеку­
лы воды притягивается к положительно заряженному атому во­
дорода другой молекулы с образованием водородной связи
(рис. 2).
По прочности водородная связь примерно в 15—20 раз слабее
ковалентной связи. Поэтому водородная связь легко разрывается,
что наблюдается, например, при испарении воды. Вследствие тепло­
вого движения молекул в воде одни водородные связи разрываются,
другие образуются.
Таким образом, в жидкой воде молекулы подвижны, что немало-
8