Bioloogijos paskaitu konspektas Dėstytojas: Doc. Dr. Algimantas Paulauskas

Tikslas – supažindinti su šiuolaikinėmis biologinėmis problemomis ir atradimais evoliucijos, genetikos, biotechnologijos, imunologijos, ekosistemų funkcionavimo srityse ir padėti suprasti jų vaidmenį mus supančios gyvybės pokyčių kontekste bei naujausių biologijos pasiekimų praktinio taikymo galimybes.

Kurso planas

1. Biologijos mokslo pagrindinės idėjos ir metodai: mokslinis metodas, stebėjimas, eksperimentas, aprašomieji tyrimai.

2. Biologijos krypčių raida ir istoriniai duomenys.

3. Gyvybės samprata ir egzistavimo pagrindai: gyvybė – sistema; pagrindiniai cheminiai elementai ir jų funkcijos: vandens svarba; organinės molekulės – angliavandeniai, baltymai, lipidai, nukleorūgštys

4. Ląstelė – gyvybės pagrindas: prokariotinė ir eukariotinė (skirtumai ir panašumai); sudėtinės dalys irr jų funkcija; sienelė, branduolys, branduolėlis, ribosoma, endoplazminis tinklas, Goldžio kompleksas, mitochondrija, chloroplastas, vakuolės ir pūslelės, lizosomos

5. Mityba ir maisto medžiagos: skirtumai būdingi vienaląsčiams, augalams, gyvūnams; medžiagų ir energijos apykaita lygiai ir vaidmuo: fotosintezė ir ląstelinis kvėpavimas, aerobinis ir anaerobinis kvėpavimas, glikolizė ir rūgimas.

6. Gyvybės įvairovė: morfologinė, ekologinė, molekulinė, klasifikacija, pagrindiniai taksonominės sistemos rangai (rūšis, gentis, šeima, būrys (eilė), klasė, tipas (skyrius), karalystė; pagrindinės grupės ir jų tipiniai atstovai, klasifikavimo principai: moneros (virusai, bakterijos ir archėjos), protistai (dumbliai, pirmuonys, gleivūnai), grybai (mmikorizė), augalai (induočiai, plikasėkliai, gaubtasėkliai) gyvūnai (bestuburiai, chordiniai, stuburiniai, pagrindinės stuburinių klasės).

7. Ląstelių dalijimasis: prokariotinių ląstelių dalijimasis, eukariotų chromosomos ir ląstelių ciklas; eukariotų ląstelių dalijimasis – mitozė ir mejozė, jų biologinė reikšmė. Dauginimasis (lytinis, nelytinis), augimas ir vystymasis: vienaląsčių, augalų, gyvūnų, žm

mogaus; klonavimas ir dirbtinis apvaisinimas; kontracepcija ir šeimos planavimas; eukariotų gyvenimo ritmai ir ciklai – haploidinis, besikaitaliojančių generacijų, diploidinis; paros, metų laiko, vystymosi.

8. Aplinkos suvokimas – neurobilogijos pasiekimai, bioritmai, genetiniai pagrindai, patirtis, bendruomenė, sociologija ir elgesys.

9. Gyvybės genetiniai pagrindai: klasikiniai ir molekuliniai paveldėjimo ir kintamumo dėsningumai; žmogaus ir medicininė genetika, genetinė konsultacija;

10. Biotechnologija: įvairūs produktai, genų klonavimas, transgeniniai (genetiškai modifikuoti) organizmai, genų terapija.

11. Evoliucija: įvairiuos teorijos (Linėjus, Kiuvjė, Lamarkas, Darvinas, Volis) ir tyrimo metodai; rūšių susidarymas, evoliuciją veikiantys faktoriai; žmogaus evoliucija ir kilmės teorija.

12. Organizmų santykiai su aplinka – ekologija: pagrindinės sąvokos, procesai, lygmenys ir santykiai, formos: populiacija, bendrija, ekosistema; biosfera, mitybos grandinės, producentai, reducentai, konsumentai, auka, simbioziniai santykiai – parazitizmas, komensalizmas ir mutualizmas.

13. Atsparumas infekciniams susirgimams ir svetimkūniams – Imunologoja: AIDS, gripas ir parazitiniai organizmai.

14. Žmogus ir gyvoji gamta: prramonė, žmogaus populiacija, gamtosauga, naujų gyvybės formų kūrimas.

1. BIOLOGIJOS MOKSLO PAGRINDINĖS IDĖJOS

Biologija
Pažinimo procesas
Mokslinis tyrimų metodas
Hipotezės formulavimas
Tyrimo ataskaita
Stebėjimo duomenų pavyzdys

Paskaitos temos

Biologija

Biologija (gr. bios – gyvenimas, logos -žodis, mokslas)- mokslas apie gyvąsias sistemas.

Pažodinis vertimas ,,mokslas apie gyvybę” ne visai teisingas, nes ,,gyvybė” kaip tokia neegzistuoja – tai tik specifinė tam tikrų (gyvųjų) sistemų savybė.

Gyvieji organizmai nepaprastai įvairūs. žinoma daugiau kaip 3000 prokariotų (bakterijų ir melsvadumblių) rūšių, per 450 000 augalų ir apie 1,2 mln. gyvūnų rūšių. Bendrosios biologijos uždavinys – atskleisti ir paaiškinti visų organizmų bendrus bruožus.

Suskirstyti biologiją į

atskirus mokslus galima įvairiai. Pagal mokslo objektą skirstoma į mikrobiologiją, botaniką ir zoologiją.

Specialioji mikrobiologija, botanika arba zoologija nagrinėja daugybę atskirų rūšių ir natūralią jų giminingumo sistemą (sistematika, arba taksonomija). Bendroji mikrobiologija, botanika arba zoologija tiria bendras organizmų ypatybes.

Svarbiausios šių mokslų šakos: morfologija (nagrinėja struktūrą) ir fiziologija (tyrinėja organizmų funkcijas, pvz.: medžiagų apykaitos, augimo, vystymosi, judėjimo, jutimo organų fiziologija). Genetika (mokslas apie paveldimumą) iš pradžių buvo fiziologijos šaka, dabar tai savarankiškas mokslas.

Įvairiose biologijos srityse (taksonomijoje, morfologijoje, fiziologijoje, genetikoje ir kt.) vis svarbesnės tarpinės disciplinos, siejančios biologiją su gretimais mokslais,- biochemija ir biofizika.

Pagal nagrinėjamą gyvų organizmų struktūros lygį biologija skirstoma į molekulinę biologiją, citologiją (mokslą apie ląstelę, kuris apima citomorfologiją, citofiziologiją, citogenetiką ir citochemiją), histologiją (mokslą apie audinius), organologiją (mokslą apie organus – organografiją ir organų fiziologiją), organizmų biologiją (jai priskiriamas, pvz., mokslas apie elgseną – etologija) ir organizmų bendrijų biologiją. Ši biologijos šaka nagrinėja organizmų paplitimą (biogeografija) ir jų santykius su aplinka (ekologija). Šios mokslų sistemos žemiausiame (molekulinė biologija) ir aukščiausiame (ekologija) lygyje ribos tarp struktūros ir funkcijos bei morfologijos ir fiziologijos išnyksta.

Pagal pagrindinį metodą biologija skirstoma į aprašomąją (pvz., morfologija), eksperimentinę (pvz., fiziologija) ir teorinę.

Paskaitos temos

Pažinimo procesas

Mokslas padeda žmonėms suvokti gamtos pasaulį, ir užsiima vien tik šio pasaulio stebėjimų ir eksperimentų keliu gauta in

nformacija. Todėl mokslininkų klausimai liečia vien tik gamtos pasaulio įvykius. Manoma, kad šios informacijos pakaks įvykiams suvokti. Mokslo tikslas – objektyvumas, o ne subjektyvumas, tačiau atlikti objektyvius stebėjimus ir padaryti objektyvias išvadas yra labai sunku, nes žmones dažnai veikia išankstinės nuostatos. Mokslu yra laikomi tik visiškai objektyvūs stebėjimai ar išvados. Mokslinės išvados irgi gali keistis. Moksle gana dažnai nutinka, kad nauji tyrimai gauti naudojant naują technologiją ar įrangą, rodo, jog ankstesnes išvadas reikia papildyti arba ir visai pakeisti.

Galutinis mokslo tikslas – suprasti gamtos pasaulį pagal sukurtas teorijas – eksperimentų ir stebėjimų išvadomis paremtas koncepcijas. Detektyvas gali sukurti nusikaltimo teoriją, krepšinio sirgalius – teoriją apie savo komandos rezultatus. Moksle gi, žodis teorija skirtas daugeliu tyrimų paremtai konceptualiai schemai, kuriai nieko netrūksta. Štai kelios bendrabiologinės teorijos:

Paskaitos temos

Mokslinis tyrimų metodas

Mokslininkai, tarp jų ir biologai, naudoja informacijos rinkimo būdą, vadinamą moksliniu metodu. Mokslininkų darbo metodai yra tokie skirtingi, kaip ir jie patys. Tačiau, grynai aptarimo dėlei galima sakyti, kad mokslinį metodą sudaro trys dalys. Pagrindiniai mokslinio metodo elementai pavaizduoti 1 pav. Duomenų (faktinės informacijos) pagrindu mokslininkas formuluoja spėjimą, vadinamą hipoteze (gr. hypothesis – prielaida). Duomenys gali būti surinkti anksčiau kieno nors kito. Sukurta hipotezė nukreipia tolesnius jo ar jos stebėjimus ir bandymus, kurie duoda naujų duomenų.

2 pav. Mokslinis metodas

Naujai gauti duomenys le

eidžia mokslininkui padaryti išvadą, kuri arba palaiko hipotezę, arba ją atmeta. Kadangi hipotezės visada yra keičiamos, niekada negalima įrodyti, kad jos galutinai teisingos; tačiau galima nesunkiai įrodyti, kad hipotezė klaidinga, t.y. hipotezės gali būti paneigtos, bet ne patvirtintos. Kai hipotezės nepalaiko nauji duomenys, ją tenka atmesti; taigi kai kas mokslą laiko tuo, kas lieka atmetus alternatyvias hipotezes.

Toje pačioje mokslo srityje dirbantys mokslininkai, pavyzdžiui, ląstelės biologai, evoliucionistai, genetikai ar kiti, galų gale gali pasiūlyti teoriją – biologinę koncepciją, kuri padeda biologams suvokti gamtinį pasaulį.. Biologinės teorijos yra susijusios su įvairiais gyvybės aspektais. Evoliucijos teorija leidžia mokslininkams suprasti gyvybės istoriją, gyvų būtybių įvairovę, organizmų anatomiją, fiziologiją ir vystymąsi, netgi elgesį. Kadangi evoliucijos teoriją per daugiau nei šimtą metų parėmė daugybė tyrinėjimų, kai kurie biologai ją vadina evoliucijos principu. Jie mano, kad tai tinkamas terminas bet kuriai bendrai pripažintai teorijai, nes jai pagrįsti buvo surinkta nepaprastai daug mokslinių įrodymų.

Biologų keliami klausimai ir atliekami tyrimai siejasi su gamtos pasauliu. Šių tyrimų išvados biologams leidžia sukurti visų bendrai pripažįstamas teorijas.

Detalesniam susipažinimui su moksliniu metodu aptarkime anglų mokslininko H. B. D. Ketlevelio (H. B. D. Kettlewell) atliktus tyrimus:

– Mokslinį metodą sudaro hipotezės formulavimas, jos tikrinimas ir išvadų darymas
– Mokslinių duomenų kaupimas
– Mokslininkai pastebėjo, kad tamsių beržinių šeriasprindžių daugiau ant kamienų užterštose vietovėse (kur medžių kamienai tamsesni), o šviesių šeriasprindžių – neužterštose (kur kamienai šviesesni).

Paskaitos temos

Hipotezės formulavimas

Hipotezės formulavimui pasitelkiamas induktyvus samprotavimas; tai yra mokslininkai galimam stebimo reiškinio paaiškinimui dažnai naudoja pavienius faktus. šiuo atveju hipotezė teigia, kad nevienodą šeriasprindžių pasiskirstymą nulemia jais mintantys plėšrieji paukščiai. Paukščiai sulesa tuos drugius, kuriuos gali pastebėti.

Stebėjimai ir eksperimentai
Sukūrus hipotezę, prasideda deduktyvus priežasčių paieškos etapas. Deduktyvus samprotavimas pradedamas bendru teiginiu, o pasibaigia specifine išvada. Jis dažnai formuluojamas taip: ,,Jei. tai”. Teiginys: Jei nevienodą šviesių ir tamsių drugių pasiskirstymą nulemia plėšrūs paukščiai, tai užterštose vietovėse paukščiai maitinsis daugiausia šviesiais drugiais, o neužterštose vietovėse – tamsiais.
Šio samprotavimo teisingumui patikrinti Ketlevelis atliko bandymą. skirtingose vietovėse jis išleido vienodą abiejų spalvų drugių skaičių. Jis pastebėjo, kad daugiau tamsių drugių paukščiai išgaudė neužterštoje vietovėje, o šviesių drugių – užterštoje.

Nauji duomenys
Neužterštoje vietovėje tyrinėtojas pakartotinai pagavo 13,7% šviesių drugių ir tik 4,7% tamsių (nuo visų išleistų individų). Užterštoje vietovėje pakartotinai sugautų tamsių drugių buvo 27,5%, o šviesių – tik 13%. Pirmenybė teikiama šiems matematiškai išreikštiems duomenims, nes jie objektyvūs ir negali būti paveikti subjektyvaus mokslininko požiūrio.

Išvada
Šiuo atveju duomenys palaiko hipotezę, kad dėl nevienodo šviesių ir tamsių drugių pasiskirstymo kalti plėšrūs paukščiai.

Paskaitos temos

Tyrimo ataskaita
Darbo rezultatus įprasta skelbti moksliniame žurnale, kad tyrimo planas ir jo rezultatai būtų prieinami visiems. Svarbu tiksliai nurodyti kitiems tyrinėtojams, kaip buvo atlikti bandymai, nes visi jų rezultatai turėtų pasikartoti; t.y. kiti mokslininkai, naudodami tą pačią metodiką, turi gauti tą pačią išvadą. Jei taip nėra, duomenys hipotezės nepalaiko.

Kai kurie tyrimai yra aprašomieji
Ne visuomet mokslininkai duomenis surenka iš bandymų. Daug duomenų surenkama vien tik stebint, tačiau ir čia tinka anksčiau aprašyti moksliniam metodui būdingi etapai: atliekami stebėjimai, formuluojama hipotezė, hipotezės pagrindu daromos prielaidos ir renkami hipotezę palaikantys arba ją atmetantys duomenys.

Paskaitos temos

Stebėjimo duomenų pavyzdys

Brianas C. R. Bertramas (Brian C.R. Bertram) Rytų Afrikoje tyrinėjo stručio (Struthio camelus) reproduktyvinį elgesį, kur vienu lizdu naudojasi iki septynių stručio patelių. Dominuojantis patinas daro lizdą – tai tik žemės pakapstymas ir daugiau nieko. Po to jis poruojasi su išrinktąja pagrindine patele, kuri pradeda į lizdą dėti kiaušinius. Po kelių dienų kiaušinius pradeda dėti kitos patelės (jas vadina antraeilė-mis), kurios nebūtinai poravosi su dominuojančiu patinu. Pagrindinė patelė tam neprieštarauja. Tačiau peri ir lizdą gina vien tik pagrindinė patelė. Lizde gali būti iki 40 kiaušinių – aiškiai daugiau, nei ji gali išperėti vienu kartu. Taigi ji lizdo centre pasilieka apie 20 kiaušinių, o likusius išstumia į vadinamąjį išorinį ratą.

Bertramui buvo žinomos dvi hipotezės, bandančios paaiškinti, kaip išoriniam rate esantys kiaušiniai apsaugo tuos, kurie lieka lizdo centre. Jei tokia nauda egzistuoja, būtų paaiškintas nuolaidus pagrindinės patelės elgesys antraeilių atžvilgiu. Vietinės tautos manė, kad savanos gaisro skystis apsaugo lizdo vidury esančius kiaušinius nuo liepsnos. Priešingai, du ankstesni tyrinėtojai manė, kad šie išoriniai kiaušiniai padeda reguliuoti kiaušinių temperatūrą.

Bertramas rūpestingai ištyrė tris stručio lizdus. Kiekvienas kiaušinis buvo sunumeruotas, pasvertas, pamatuotas, nufotografuotas, ištirtas lukšto paviršius. Jis galėjo pasakyti, kuriuos kiaušinius sudėjo pagrindinės patelės, nes stebėjo dėjimą, naudojo momentinę fotografiją ir galėjo apibūdinti kiekvieno kiaušinio požymius. Dar jis pastebėjo, kad pagrindinė patelė atskiria savo kiaušinius, ir į išorinį ratą paprastai išstumia kitų patelių dėtis.

Po to Bertramas stebėjo, kad paprastai plėšrūnai (šakalai ir grifai) užpuolimo metu sunaikina tik kelis kiaušinius ir kad jie dažniausiai pasirenka esančius išoriniame rate, o ne lizdo centre. Taigi vyresnioji patelė apsaugo savo dėtį, į išorinį ratą išstumdama kitų patelių kiaušinius.

Nė viena iš pradinių hipotezių nepasitvirtino, bet Bertramas, remdamasis savo stebėjimų rezultatais, suformulavo ir patvirtino savąją. Iki šiol niekas nepaaiškino, kodėl pagrindinė patelė palieka kelis antraeilių patelių kiaušinius lizdo centre, kur jie išsiperi. Ar galėtumėte suformuluoti galimą hipotezę iš Bertramo pateiktų duomenų? Kokius dar stebėjimus reiktų atlikti?

Daug mokslinės informacijos paremta vien aprašomaisiais duomenimis (stebėjimais), bet ir jiems tinka anksčiau išvardyti mokslinio metodo etapai.

Paskaitos temos

Literatūra
Libertas E., Biologijos pagrindai, Vilnius :Mokslas: 1987
Mader S. S., Biologija I,II knyga, “Alma littera” 1999
http://www.mhhe.com/biosci/genbio/

Leave a Comment