Занятие 1. Свойства и уровни организации живых систем

   

СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ

 

Тема 1. Живые системы и их свойства

Жизнь определяют как активное, идущее с затратой полученной извне энергии, поддержание и самовоспроизведение специфической структуры. По определению Ф. Энгельса «Жизнь ­ это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей средой, причем с прекращением этого обмена прекращается и жизнь». Одно из современных определений жизни принадлежит М.В. Волькенштейну: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров ­ белков и нуклеиновых кислот».

           Основными свойствами живых организмов являются: сходный химический состав, особенности структурной организации, обмен веществ, энергозависимость и способность противостоять нарастанию энтропии, дискретность, целостность, размножение, наследственность, изменчивость, наличие генотипа и фенотипа, рост, развитие (онто- и филогенез), подвижность, раздражимость, приспособляемость, упорядоченность, способность к поддержанию гомеостаза, регенерация, ритмичность и др. Кроме того, отмечают (Сыч, 2007) вовлеченность организмов в эволюционный процесс и существование отдельных организмов лишь во взаимодействии с другими в составе сообществ – биоценозов. Только совокупность этих критериев может охарактеризовать жизнь, большинство из них по отдельности можно наблюдать и у объектов неживой природы.

Жизнь – сложная иерархическая система, в которой выделяют разные уровни организации: молекулярно-генетический, клеточный, тканево-органный, организменный, или онтогенетический, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный. Для каждого уровня выделяют элементарную единицу и элементарное явление. Элементарная единица ­ это структура или объект, закономерные изменения которых (называемые элементарными явлениями) составляют специфический для соответствующего уровня вклад в процесс сохранения и развития жизни (Ярыгин и др., 2006). Так, элементарной единицей на молекулярно-генетическом уровне является ген ­ фрагмент молекулы нуклеиновой кислоты, в котором записана информация об одной молекуле полипептида (или одной функциональной РНК). Элементарное явление: конвариантная редупликации (удвоение ДНК и генные мутации). Биологическая информация, заключающаяся в молекулах ДНК, не участвует непосредственно в процессах жизнедеятельности, а переводится благодаря механизму матричного синтеза в аминокислотную последовательность белков. При этом ДНК служит матрицей для синтеза мРНК, а мРНК – матрицей для синтеза белков. Матричный синтез информационных макромолекул также относят к элементарному явлению на молекулярно-генетическом уровне организации жизни. Воплощение биологической информации в конкретные процессы жизнедеятельности в живой природе обеспечивает клетка, а элементарное явление здесь ­ реакции клеточного метаболизма, составляющие основу потоков энергии, веществ и информации. На клеточном уровне сопрягаются механизмы передачи биологической информации и превращения веществ и энергии. Элементарное явление на этом уровне служит энергетической и вещественной основой жизни на всех других уровнях ее организации.

Уровни отражают важнейшие биологические явления, без которых невозможны эволюция и само существование жизни.

 

Работа 1. Методы исследования биологического материала. Микроскопия. Правила работы с микроскопом

Многие объекты (растительные клетки, ткани и даже целые организмы) имеют микроскопические размеры, и изучают их с помощью биологических микроскопов ­ оптико-механических устройств, позволяющих увеличивать объекты исследования примерно в 1400 раз. Изучение объектов исследования с помощью микроскопа проводится на приготовленных из них препаратах (тотальных или представленных тонкими срезами тканей, органов).

В микроскопе различают механическую и оптическую части (рис.1). Механическая часть представляет собой штатив с вмонтированной оптической системой. Штатив состоит из прямоугольного основания (обеспечивает устойчивое положение на рабочем столе) и прикрепленной к нему коробки с механизмом микрометрической (тонкой) фокусировки. К нему крепится кронштейн с предметным столиком с пружинными клеммами для закрепления препарата. Кроме того, к коробке подвижно крепится тубусодержатель (дуга) с двумя рукоятками (винты, кремальеры ­ для грубой фокусировки) и с тубусом. В верхней части тубусодержателя располагается револьвер с объективами.

Оптическая система микроскопа состоит из осветительного аппарата, объектива и окуляра. Между объективом и окуляром расположен тубус (полый цилиндр). В его верхнее отверстие вставляется окуляр, а нижнее соединяется с револьвером.

Осветительный аппарат представлен конденсором, ирисовой диафрагмой и зеркалом. Конденсор состоит из двух линз, вставленных в цилиндрическую оправу, и служит для освещения объекта. Диафрагма ­ это система многочисленных тонких пластинок, подвижно укрепленных в круглой оправе. С ее помощью, изменяя величину отверстия, можно регулировать освещение объекта пучком света, идущего от зеркала в конденсор. В нижней части оправы конденсора располагается откидная рамка, предназначенная для светофильтра или матового стекла. Зеркало в оправе подвижно устанавливается под конденсором и с помощью вилки соединяется со штативом. Оно имеет две отражающие поверхности: плоскую и вогнутую. Первая устанавливается при работе с объективами, дающими большое увеличение (60х, 90х) и малые поля зрения, вторая - при работе с объективами, дающими малые увеличения (7х, 8х, 15х, 40х). Лучи света, пройдя через конденсор и преломившись в его линзах, освещают препарат, расположенный на столике микроскопа, проходят через него и попадают в объектив.

Объектив состоит из нескольких линз, вправленных в металлическую гильзу. Он дает обратное изображение предмета и выявляет особенности его строения, недоступные невооруженному глазу.

Окуляр состоит из линз (часто двух) и диафрагмы, вставленных в цилиндрическую оправу. Верхняя линза служит для наблюдения, нижняя играет вспомогательную роль ­ фокусирует изображение, даваемое объективом. Диафрагма окуляра определяет границы поля зрения.

Приступая к работе, надо организовать рабочее место. На стол с левой стороны располагают микроскоп, с правой ­ инструменты и альбом для записи результатов наблюдений. Работу выполняют сидя за столом, не сдвигая микроскоп с места. Перед изучением объекта нужно добиться равномерного оптимального освещения поля зрения. Для этого следует: а) установить фронтальную линзу конденсора на уровне предметного столика; б) полностью открыть диафрагму; в) установить объектив малого увеличения на расстоянии примерно 1 см от предметного столика; г) вращая зеркало, оптимально осветить поле зрения. Смотреть в микроскоп рекомендуется левым глазом, не закрывая правый. Затем надо положить препарат на предметный столик и движением кремальеры установить объектив малого увеличения на уровне примерно 4-5 мм от предметного столика. Вращая кремальеру к себе, поднимая тубус и одновременно наблюдая в окуляр, нужно добиться четкого изображения объекта. При работе с винтами не следует применять силу. Для получения большого увеличения расположить объект в центр поля зрения и движением револьвера сменить объектив. Далее, работая кремальерой, нужно добиться неясного изображения и отрегулировать его четкость микрометрическим винтом. По окончании работы микроскоп переводят на малое увеличение и снимают предметное стекло с объектом.

       

Задание 1. Изучить микроскоп и правила работы с ним. Схематически зарисовать и обозначить детали микроскопа. Рассмотреть готовые препараты.

Задание 2. Опишите последовать этапов работы с микроскопом.

Задание 3. Опишите путь светового луча в микроскопе.

 

   

Рис.1. Микроскоп «Биомед 2»

 

Работа 2. Изучение уровней организации живых систем

 

Задание 1. Заполните таблицу 1. Указывая элементарные единицы и явления для каждого уровня организации жизни, дайте им определения.

 

Таблица 1. Уровни организации живых систем

№ п/п	Уровень  организации	Элементарная единица	Элементарное явление	Размеры структурных единиц
1	Молекулярно-генетический
2
3
4
5
6
7

 

Задание 2. Ответьте на вопросы.

1.Каким образом на клеточном уровне организации происходит сопряжение механизмов передачи биологической информации и превращении веществ и энергии. Изобразите примерную схему.

2.Опишите специфичные связи, характерные живым систем на разных уровнях организации.

 

При разработке содержания занятия использованы источники:

1.            Ярыгин, В.Н. Биология (в 2-х т.) / В.Н. Ярыгин, В.И. Васильева, И.Н. Волков, В.В. Синельщикова (под ред. В.Н. Ярыгина). - М.: Высшая школа, 2006. - 448с.