1 наука изучающая строение организмов называется: Сборник идеальных эссе по обществознанию

Геном как коллайдер. EMC и Академический университет создают ПО для биоинформатических расчетов

Один из главных поставщиков данных — системная биология. Это наука, изучающая работу организма (в общем, любого) на основании данных о его геноме — устройстве ДНК. В длинных цепях ДНК закодирована информация обо всех белках, которые могут существовать в этом организме: фактически, ДНК «знает» об устройстве этого организма и о том, как он может реагировать на те или иные условия среды.

Работать с «извлеченной» из ДНК информацией очень сложно по многим причинам, но главная — ее очень много. Такой объем данных очень сложно хранить и обрабатывать, так как каждая молекула ДНК состоит из 3,1 млрд нуклеотидов. В переводе на язык данных геном каждого человека в сжатом виде «весит» 0,5 ТБ, а в развернутом, который нужен для работы с ним, — втрое больше. Более того, сама последовательность генов никак не говорит об их назначении: для этого нужно сличить геномы большого количества людей и выделить те участки, которые встречаются всегда и только в случае наличия у человека, например, определенного заболевания. Тогда можно с некой долей вероятности говорить о связи болезни и определенного участка генома, однако для точно установления соответствия нужны дополнительные исследования, требующие одновременного хранения и обработки данных об очень большом числе геномов.

В рамках Human Genome Project в 1984—2003 годах (проект по расшифровке полного генома человека — прим. «Чердака») 20 университетских центров в США, Великобритании, Японии, Франции, Германии, Китае прочли и обработали 3,2 млрд пар нуклеотидов (и потратили на это около $2,7 млрд). Сейчас проект «100 000 геномов» (The 100,000 Genomes Project) ведет Великобритания, США и Китай готовят проекты по расшифровке миллиона геномов. Такое количество данных нужно, чтобы набрать качественную статистику по связи каждого конкретного заболевания с определенным участком ДНК. Технически эта ситуация похожа на поиск редких элементарных частиц (например, бозона Хиггса) на мега-ускорителях вроде Большого адронного коллайдера: из миллионов соударений частиц лишь в одном-двух рождается искомый объект, но чтобы его найти, нужно проанализировать и обработать весь массив данных.

В науке по изучению генома объемы данных, которые нужно хранить и анализировать, достигают десятков и сотен тысяч терабайт. Это и есть big data — большие данные, которые не обработать усилиями одного лишь человеческого мозга. Задачи такого класса — как с точки зрения «железа», так и с точки зрения программного обеспечения, — не могут быть решены силами людей, имеющих классическое биологическое образование.

На фоне генетического бума в биологию пришли люди из математики, физики и IT. Специалистов с пониманием биологической проблематики и сильной математической базой называют биоинформатиками и готовят на нескольких специализированных факультетах (первый из них был открыт в МГУ).

«Омиксы»

Что же включают эти большие данные, откуда получаются и почему их трудно анализировать?

Самая известная биологическая молекула — это, безусловно, ДНК, а самая известная наука в этой области — геномика, которая занимается секвенированием, то есть расшифровкой, определением последовательности нуклеотидов в ДНК. Секвенирование генома сегодня стало почти поточной процедурой: определить последовательность нуклеотидов (без интерпретации) для человека стоит сегодня всего 900 долларов, и цена все время падает.

Но не стоит бежать и секвенировать ДНК из своей слюны (это стандартный источник генетической информации) прямо сейчас: простой расшифровки не хватит, чтобы сказать что-то определенное о вашем здоровье с клинической точки зрения (а отчасти эти данные и избыточны, потому что «интересна», то есть полезна для практического применения, только небольшая часть генома). Одного знания последовательности нуклеотидов в ДНК совершенно недостаточно, чтобы понимать, как функционирует организм. Большая часть ДНК является некодирующей, то есть не несет информации о белках, зато в ней много последовательностей, которые регулируют работу генома. Кроме того, из данных о ДНК мы не можем сказать, какая ее часть «действует», то есть производит белки, сейчас, а какая «спит».

Чтобы понять, что действительно происходит в клетке, ученые разбираются со строением, функцией и количеством производимых в ней белков. Их еще называют протеинами — это калька с английского protein, что означает «белок», а область знаний, изучающая их, называется протеомикой.

Однако и комбинации этих данных недостаточно: часть важных белков может синтезироваться при воздействии определенных факторов (например, стресса). Такие белки живут очень недолго, а затем распадаются, поэтому мы не можем их зарегистрировать. Но информация о них остается в особых молекулах РНК, которые копируют тот или иной участок ДНК, чтобы потом на его основе мог синтезироваться белок. Такие РНК изучает наука транскриптомика.

Все эти названия в английском языке заканчиваются на –omics (genomics, transcriptomics, proteomics, metabolomics — наука о метаболитах, lipidomics — наука о жирах и липидах и так далее), поэтому вместе их принято называть омиксными технологиями. Для понимания работы организма, причин генетически обусловленных заболеваний, а также реакции на раздражители, инфекции и прочие воздействия внешней среды необходимо анализировать данные омиксных технологий комплексно.

Эти данные очень объемны, так что 0,5 Тб генома увеличиваются еще в несколько раз. Кроме того, данные получаются в разных форматах, традиционно обрабатываются разными программами. Все это требует не только выделения суперкомпьютерных мощностей для хранения и обработки данных, но еще и создания специализированной среды, которая «переводила» бы информацию разных омиксных данных, интегрировала их и позволяла анализировать на одном экране.

Биоинформатическая «клюква»

В России за создание такой среды (с рабочим названием cranberry — «клюква») взялась компания EMC, традиционно известная как поставщик систем хранения данных. Физически суперкомпьютерные мощности (1,5 тысяч виртуальных машин) расположены в Санкт-Петербурге на Васильевском острове в здании бывшей табачной фабрики. Оно оказалось очень подходящим, потому что было построено достаточно прочным, чтобы выдерживать тяжелые станки: каждая плитка пола выдерживает вес до двух тонн. Теперь фабрика приняла мощную IT-инфраструктуру: суперкомпьютеры не сильно легче промышленных станков.

Сразу несколько научных групп тестирует «клюкву» на своих задачах. В их числе лаборатория всемирно известного биоинформатика Павла Певзнера, созданная на средства первой волны мегагрантов в академическом университете Петербурга. Другие пользователи — центр геномной биоинформатики СПбГУ им. Добржанского и Parseq Lab — частная компания, продвигающая биоинформатические данные в клиническую практику для медицинской диагностики.

«Мы работаем с открытыми данными или данными наших коллег, коллабораторов. Мы создаем системы сборки генома и РНК и тестируем их на своих серверах и платформе, разработанной центром исследований и разработок EMC Сколково. Это облако, но облако специализированное, доработанное под наши нужды, и это делает его значительно более эффективным, чем доступные на рынке универсальные облачные платформы».

Алла Лапидус, заместитель руководителя лаборатории алгоритмической биологии СПбАУ РАН.

Лаборатория, возглавляемая Павлом Певзнером, была создана в 2011 году на средства мегагранта, но уже хорошо известна в мире биоинформатики: программный пакет по сборке генома SPAdes используют более 1500 лабораторий по всему миру, в том числе в институте Крейга Вентера — передовом центре по синтетической биологии, где впервые в мире была получена синтетическая бактериальная клетка.

SPADes и его «младший брат» — rnaSPADes, разработанный той же группой для анализа транскриптомных данных, развернутые на среде EMC, позволяют эффективно проанализировать одновременно геномные, транскриптомные и протеомные данные, чтобы, в частности, качественно улучшить генетических анализ раковых клеток и выявить причины возникновения болезни. Не за горами и применение в клинической практике: качественное улучшение анализа генома позволит выявить больше мутаций-маркеров (таких, как у Анджелины Джоли, например), которые являются индикаторами сверхвысокого риска развития определенного заболевания и позволят их носителям принять превентивные меры, чтобы избежать болезни и продлить свою здоровую жизнь.

 Александра Борисова

Отрасли биологии — Биологический онлайн-словарь

Отрасли биологии
Биология , научное изучение жизни, включает несколько соответствующих разделов. Ниже приводится список основных разделов биологии с кратким описанием каждой из них.
Сельское хозяйство — наука и практика выращивания сельскохозяйственных культур и животноводства из природных ресурсов земли.
Анатомия — изучение формы животных, в частности человеческого тела
Астробиология — раздел биологии, изучающий влияние космического пространства на живые организмы и поиск внеземной жизни.
Биохимия — изучение структуры и функций клеточных компонентов, таких как белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты и другие биомолекулы, а также их функций и преобразований в ходе жизненных процессов
Биоклиматология — наука, занимающаяся влияние климата на организмы, например влияние климата на развитие и распространение растений, животных и людей
Биоинженерия — или биологическая инженерия, это обширная инженерная дисциплина, которая занимается биомолекулярными и молекулярными процессами, дизайн продукта, устойчивость и анализ биологических систем.
Биогеография — наука, которая пытается описать изменяющиеся распределения и географические закономерности живых и ископаемых видов растений и животных
Биоинформатика — информационные технологии в применении к наукам о жизни, особенно технологии, используемые для сбора, хранения, и поиск геномных данных
Биоматематика — математическая биология или биоматематика — это междисциплинарная область академических исследований, которая направлена ​​на моделирование естественных, биологических процессов с использованием математических методов и инструментов.Он имеет как практическое, так и теоретическое применение в биологических исследованиях.
Биофизика — или биологическая физика — это междисциплинарная наука, которая применяет теории и методы физических наук к вопросам биологии
Биотехнология — прикладная наука, которая занимается биологическими системами, живыми организмами или их производными для создания или модификации продукты или процессы для специального использования
Ботаника — научное исследование растений
Клеточная биология — исследование клеток на микроскопическом или молекулярном уровне.Он включает изучение физиологических свойств клеток, структур, органелл, взаимодействия с окружающей их средой, жизненного цикла, деления и апоптоза
Хронобиология — наука, изучающая временные явления в живых организмах
Биология сохранения — занимается исследованиями и схемы сохранения местообитаний и защиты видов с целью смягчения кризиса исчезновения и сохранения биоразнообразия
Криобиология — изучение воздействия низких температур на живые организмы
Биология развития — изучение процессов, посредством которых развивается организм от зиготы до ее полной структуры
Экология — научное исследование взаимоотношений между растениями, животными и их окружающей средой
Этнобиология — изучение прошлого и настоящего взаимодействия человека с окружающей средой, например, использование разнообразных флора и фауна коренных народов 900 03 Evolutionary Biology — подполе, посвященное происхождению и происхождению видов, а также их изменению во времени, т.е.е. их эволюция
Пресноводная биология — наука, связанная с жизнью и экосистемами пресноводных местообитаний
Генетика — наука, которая занимается наследственностью, особенно механизмами наследственной передачи и вариациями наследственных характеристик среди похожих или родственных организмов
Геобиология — наука, объединяющая геологию и биологию для изучения взаимодействия организмов с окружающей их средой
Иммунобиология — изучение структуры и функций иммунной системы, врожденного и приобретенного иммунитета, телесного отличия себя от чужого и лабораторные методы, предполагающие взаимодействие антигенов со специфическими антителами
Морская биология — изучение морских растений и животных и их экологических взаимоотношений
Медицина — наука, которая связана с профилактикой, лечением или облегчением болезней
Микробиология — раздел биологии который имеет дело с микроорганизмами и их воздействием на другие живые организмы
Молекулярная биология — раздел биологии, изучающий образование, структуру и функцию макромолекул, необходимых для жизни, таких как нуклеиновые кислоты и белки, и особенно их роль в репликация клеток и передача генетической информации
Микология — исследование грибов
Нейробиология — раздел биологии, который занимается анатомией, физиологией и патологией нервной системы
Палеобиология — изучение форм жизнь, существовавшая в доисторические или геологические времена, представленная окаменелостями растений, животных и других организмов
Паразитология — изучение паразитов и паразитизма
Патология — изучение природы болезни и ее причин, процессов, Развитие и последствия
Фармакология — Изучение приготовления и применения лекарственных средств и синтетические лекарства
Физиология — биологическое исследование функций живых организмов и их частей
Протистология — исследование протистов
Психобиология — изучение психического функционирования и поведения по отношению к другим биологическим процессам
Токсикология — изучение того, как природные или созданные человеком яды вызывают нежелательные эффекты в живых организмах
Вирусология — изучение вирусов
Зоология — Раздел биологии, который имеет дело с животными и животным миром, включая изучение структуры, физиология, развитие и классификация животных
Этология — изучение поведения животных
Энтомология — научное изучение насекомых
Ихтиология — изучение рыб
Герпетология — изучение рептилий и амфибий
Орнитология — изучение птиц
Маммология — изучение млекопитающих
Приматология — наука о приматах

(общие науки) БИОЛОГИЯ — основные отрасли биологии и области биологии

ЧТО ТАКОЕ БИОЛОГИЯ?

Наука, изучающая живые объекты и их Жизненные процессы называют биологией (греч. bios — жизнь, logos — учеба).Он охватывает все аспекты изучения живых существ, таких как явления, классификация, экология, экономическое значение, внешняя форма, организация, внутреннее строение, питание, здоровье и другие функции организма, размножение, история жизни, наследование и происхождение. Широкая база и междисциплинарный, термин биология часто заменяется термином жизнь науки или биологические науки. Аристотель известен как «отец биология’. Термин биология был введен Ламарком.

Существует три основных раздела биологии — ботаника, зоология и микробиология.Ботаника — это раздел биологии, который занимается изучением различных аспектов. растений. Теофраст известен как отец ботаники. Зоология — это отрасль биологии, связанной с изучением различных аспектов жизни животных. Аристотель известен как отец зоологии. Микробиология — это раздел биологии. занимается изучением различных аспектов микроорганизма. Левенгук известен как отец микробиологии.

1. Таксономия: I t — наука об идентификации, номенклатуре и классификация организмов.
2. Морфология: Это исследование внешней формы, размера, формы, цвета, строение и взаимное расположение различных живых органов живых существ.
3. Анатомия: Это исследование внутреннего строения, которое можно наблюдать. невооруженным глазом после вскрытия.
4. Гистология: Это исследование организации и структуры тканей как наблюдается через световой микроскоп.
5. Цитология: Изучение формы и структуры клеток, в том числе поведение ядра и других органелл
6.Клеточная биология: Это исследование морфологических, организационных, биохимические, физиологические, генетические, связанные с развитием, патологические и эволюционные аспекты клетки и ее компонентов.
7. Молекулярная биология: Это изучение природы, физико-химическое организация, синтез и взаимодействие биомолекул, которые приносят о и контролировать различные активности протоплазмы.
8. Физиология: Это исследование различных типов функций организма и процессы.
9. Эмбриология: Это исследование оплодотворения, роста, деления и дифференциация зиготы в эмбрион или раннее развитие живых существ до достижения строения и размеров потомства.
10. Экология: Это изучение живых организмов относительно других. организм и их среда.
11. Генетика: Это исследование наследования признаков или наследственности. и вариации. Наследственность — это изучение выражения и передачи черт от родителей к потомству.
12. Евгеника: Это наука, которая занимается факторами, связанными с улучшение или ухудшение расы, особенно человека.
13. Evolution: Он изучает происхождение жизни, а также новые типы организм от предыдущих модификациями, включающими генетические изменения и приспособления.
14. Палеонтология: Занимается изучением окаменелостей или останков и впечатления от прошлых организмов, присутствующих в породах разного возраста.
15. Экзобиология: Это отрасль научных исследований, занимающаяся возможность жизни в космосе.
16. Вирусология: Это исследование вирусов во всех их аспектах.

1.1A: Введение в изучение биологии

Биология — это изучение жизни и живых существ с помощью тщательно проверенных и прошедших экспертную оценку методов научных исследований.

Цели обучения

• Описание области биологической науки

Ключевые моменты

• Биология развивалась как область науки с тех пор, как она впервые была изучена в древних цивилизациях, хотя современная биология появилась сравнительно недавно.
• Наука — это процесс, требующий проверки идей с использованием доказательств, собранных из мира природы. Наука носит итеративный характер и включает критическое мышление, тщательный сбор данных, тщательную экспертную оценку и передачу результатов.
• Наука также относится к совокупности знаний, полученных в результате научных исследований.
• Лженаука — это вера, представленная как научная, хотя она не является продуктом научных исследований.

Ключевые термины

• псевдонаука : Любое убеждение, которое считается научным или поддерживается наукой, которое не является продуктом научного исследования.
• наука : процесс изучения мира природы, который проверяет идеи с использованием доказательств, полученных от природы.
• Биология : естествознание, связанное с изучением жизни и живых организмов.

Исследование жизни

Биология — это естественная наука, изучающая жизнь и живые организмы. Современная биология — обширная и эклектическая область, состоящая из множества специализированных дисциплин, изучающих структуру, функции, рост, распространение, эволюцию или другие особенности живых организмов.Однако, несмотря на широкий охват биологии, существуют определенные общие и объединяющие концепции, которыми руководствуются все исследования и исследования:

• клетка — основная единица жизни
• генов (состоящих из ДНК или РНК) являются основной единицей наследственности
• эволюция объясняет единство и разнообразие живых организмов
• все организмы выживают за счет потребления и преобразования энергии
• все организмы поддерживают стабильную внутреннюю среду

Биологические исследования показывают, что первыми формами жизни на Земле были микроорганизмы, существовавшие за миллиарды лет до эволюции более крупных организмов. Все столь знакомые нам млекопитающие, птицы и цветы появились сравнительно недавно и возникли в течение последних 200 миллионов лет. Современные люди, Homo sapiens , являются относительно новым видом, населявшим эту планету только последние 200 000 лет (приблизительно).

История биологических наук

Хотя современная биология возникла относительно недавно, связанные с ней науки и включенные в нее изучаются с древних времен. Натурфилософия изучалась еще в древних цивилизациях Месопотамии, Египта, Индийского субконтинента и Китая. Однако истоки современной биологии и ее подхода к изучению природы чаще всего восходят к Древней Греции. (Биология происходит от греческого слова «био», означающего «жизнь», и суффикса «ology», означающего «изучение.”)

Достижения в микроскопии также оказали глубокое влияние на биологическое мышление. В начале 19 века ряд биологов указали на центральное значение клетки, а в 1838 году Шлейден и Шванн начали продвигать теперь универсальные идеи теории клетки. Жан-Батист Ламарк был первым, кто представил последовательную теорию эволюции, хотя именно британский натуралист Чарльз Дарвин распространил теорию естественного отбора в научном сообществе. В 1953 году открытие двойной спиральной структуры ДНК ознаменовало переход к эпохе молекулярной генетики.

Наука и лженаука

Наука — это процесс познания мира природы. Большинство научных исследований включают проверку возможных ответов на важные исследовательские вопросы. Например, онкологи (врачи-онкологи) заинтересованы в том, чтобы выяснить, почему одни виды рака хорошо поддаются химиотерапии, а другие — нет.Основываясь на растущих знаниях молекулярной биологии, некоторые врачи подозревают связь между генетикой пациента и его реакцией на химиотерапию. В результате многолетних исследований появилось множество научных работ, в которых документированы доказательства связи между раком, генетикой и ответом на лечение. После публикации научная информация становится доступной для всех, чтобы читать, учиться или даже задавать вопросы / оспаривать. Это делает науку итеративным, или кумулятивным, процессом, в котором предыдущие исследования используются в качестве основы для новых исследований.Наше нынешнее понимание любого вопроса в науке является кульминацией всей предыдущей работы.

Лженаука — это вера, представленная как научная, хотя она не является продуктом научных исследований. Лженауку часто называют второстепенной или альтернативной наукой. Обычно в нем отсутствуют тщательно контролируемые и продуманные интерпретации экспериментов, которые составляют основу естественных наук и способствуют их развитию.

Что такое биохимия? | Биохимия

Биохимия — это приложение химии для изучения биологических процессов на клеточном и молекулярном уровне.Она возникла как отдельная дисциплина примерно в начале 20 века, когда ученые объединили химию, физиологию и биологию для исследования химии живых систем.

Изучение жизни в ее химических процессах

Биохимия — это одновременно наука о жизни и химическая наука — она ​​исследует химию живых организмов и молекулярную основу изменений, происходящих в живых клетках. Он использует методы химии, физики, молекулярной биологии и иммунологии для изучения структуры и поведения сложных молекул, обнаруженных в биологическом материале, и способов взаимодействия этих молекул с образованием клеток, тканей и целых организмов.

«Биохимия стала основой для понимания всех биологических процессов. Она предоставила объяснения причин многих заболеваний у людей, животных и растений».

Выпускники факультета биохимии интересуются, например, механизмами функционирования мозга, размножением и дифференцировкой клеток, коммуникациями внутри и между клетками и органами, а также химическими основами наследования и болезней. Студент, изучающий биохимию, стремится определить, как определенные молекулы, такие как белки, нуклеиновые кислоты, липиды, витамины и гормоны, действуют в таких процессах.Особое внимание уделяется регулированию химических реакций в живых клетках.

Основная наука

Биохимия стала основой для понимания всех биологических процессов. Он предоставил объяснения причин многих заболеваний у людей, животных и растений. Он часто может предложить способы лечения или излечения таких заболеваний.

Практическая наука

Поскольку биохимия стремится раскрыть сложные химические реакции, происходящие в самых разных формах жизни, она обеспечивает основу для практических достижений в медицине, ветеринарии, сельском хозяйстве и биотехнологии.Он лежит в основе и включает в себя такие захватывающие новые области, как молекулярная генетика и биоинженерия.

Знания и методы, разработанные учеными-биохимиками, применяются во всех областях медицины, в сельском хозяйстве и во многих отраслях химической промышленности и здравоохранения. Биохимия также уникальна тем, что обеспечивает обучение и исследования как структуры / функции белков, так и генной инженерии, двух основных компонентов быстро расширяющейся области биотехнологии.

Разнообразная наука

Как самая широкая из фундаментальных наук, биохимия включает в себя многие узлы, такие как нейрохимия, биоорганическая химия, клиническая биохимия, физическая биохимия, молекулярная генетика, биохимическая фармакология и иммунохимия. Последние достижения в этих областях создали связи между технологиями, химической инженерией и биохимией.

Что такое таксономия?

1.1 Темы и концепции биологии — концепции биологии

Цели обучения

• Определить и описать свойства жизни
• Опишите уровни организации живых существ
• Перечислите примеры различных дисциплин биологии

Биология — это наука, изучающая жизнь.Что такое жизнь? Это может показаться глупым вопросом с очевидным ответом, но дать определение жизни непросто. Например, раздел биологии под названием вирусология изучает вирусы, которые обладают некоторыми характеристиками живых существ, но не имеют других. Оказывается, хотя вирусы могут атаковать живые организмы, вызывать заболевания и даже воспроизводиться, они не соответствуют критериям, которые биологи используют для определения жизни.

С самого начала биология боролась с четырьмя вопросами: какие общие свойства делают что-то «живым»? Как функционируют эти различные живые существа? Столкнувшись с удивительным разнообразием жизни, как нам организовать различные виды организмов, чтобы лучше понять их? И, наконец, что в конечном итоге пытаются понять биологи, как возникло это разнообразие и как оно продолжается? Поскольку новые организмы открываются каждый день, биологи продолжают искать ответы на эти и другие вопросы.

Свойства жизни

Все группы живых организмов имеют несколько ключевых характеристик или функций: порядок, чувствительность или ответ на стимулы, размножение, адаптация, рост и развитие, регуляция / гомеостаз и обработка энергии. Вместе эти восемь характеристик определяют жизнь.

Заказать

Организмы — это высокоорганизованные структуры, состоящие из одной или нескольких клеток. Даже очень простые одноклеточные организмы чрезвычайно сложны.Внутри каждой ячейки атомы составляют молекулы. Они, в свою очередь, составляют клеточные компоненты или органеллы. Многоклеточные организмы, которые могут состоять из миллионов отдельных клеток, имеют преимущество перед одноклеточными организмами в том, что их клетки могут быть специализированы для выполнения определенных функций и даже принесены в жертву в определенных ситуациях на благо всего организма в целом. Как эти специализированные клетки объединяются, чтобы сформировать такие органы, как сердце, легкие или кожа у организмов, подобных жабе, показанной на рисунке 1.2 будет обсуждаться позже.

Рис. 1.2 Жаба представляет собой высокоорганизованную структуру, состоящую из клеток, тканей, органов и систем органов. (кредит: «Ivengo (RUS)» / Wikimedia Commons)

Чувствительность или реакция на стимулы

Организмы реагируют на разнообразные раздражители. Например, растения могут наклоняться к источнику света или реагировать на прикосновения (рис. 1.3). Даже крошечные бактерии могут двигаться к химическим веществам или от них (процесс, называемый хемотаксисом) или свету (фототаксис).Движение к стимулу считается положительной реакцией, а движение от стимула — отрицательной.

Рис. 1.3. Листья этого чувствительного растения ( Mimosa pudica ) мгновенно опадают и складываются при прикосновении. Через несколько минут растение возвращается в нормальное состояние. (кредит: Алекс Ломас)

Концепции в действии

Посмотрите это видео, чтобы увидеть, как чувствительное растение реагирует на прикосновение.

Репродукция

Одноклеточные организмы воспроизводятся, сначала дублируя свою ДНК, которая является генетическим материалом, а затем деля его поровну, когда клетка готовится к делению с образованием двух новых клеток. Многие многоклеточные организмы (состоящие из более чем одной клетки) производят специализированные репродуктивные клетки, из которых формируются новые особи. Когда происходит размножение, ДНК, содержащая гены, передается потомству организма. Эти гены являются причиной того, что потомство будет принадлежать к одному виду и иметь характеристики, аналогичные родительским, такие как цвет меха и группа крови.

Адаптация

Все живые организмы «приспособлены» к окружающей среде. Биологи называют это приспособление адаптацией, и это следствие эволюции путем естественного отбора, который действует во всех родословных воспроизводящих организмов. Примеры приспособлений разнообразны и уникальны: от термостойких архей, обитающих в кипящих горячих источниках, до длины языка моли, питающейся нектаром, которая соответствует размеру цветка, которым она питается. Адаптации усиливают репродуктивный потенциал человека, который их демонстрирует, в том числе их способность выживать и воспроизводить потомство.Адаптации непостоянны. По мере изменения окружающей среды естественный отбор заставляет характеристики особей в популяции отслеживать эти изменения.

Рост и развитие

Организмы растут и развиваются в соответствии с конкретными инструкциями, закодированными их генами. Эти гены предоставляют инструкции, которые будут управлять клеточным ростом и развитием, гарантируя, что детеныши вида (рис. 1.4) вырастут и будут демонстрировать многие из тех же характеристик, что и его родители.

Рис. 1.4 Хотя нет двух одинаковых котят, эти котята унаследовали гены от обоих родителей и обладают многими схожими характеристиками. (кредит: Pieter & Renée Lanser)

Регуляция / гомеостаз

Даже самые маленькие организмы сложны и требуют множества регуляторных механизмов для координации внутренних функций, таких как транспорт питательных веществ, реакция на стимулы и преодоление стрессов окружающей среды. Например, системы органов, такие как пищеварительная система или система кровообращения, выполняют определенные функции, такие как перенос кислорода по всему телу, удаление отходов, доставка питательных веществ в каждую клетку и охлаждение организма.

Для правильного функционирования клеткам необходимы соответствующие условия, такие как правильная температура, pH и концентрация различных химических веществ. Однако эти условия могут меняться от одного момента к другому. Организмы способны поддерживать внутренние условия в узком диапазоне почти постоянно, несмотря на изменения окружающей среды, благодаря процессу, называемому гомеостазом или «устойчивым состоянием» — способности организма поддерживать постоянные внутренние условия. Например, многие организмы регулируют температуру своего тела с помощью процесса, известного как терморегуляция.Организмы, обитающие в холодном климате, такие как белый медведь (рис. 1.5), имеют структуру тела, которая помогает им выдерживать низкие температуры и сохранять тепло тела. В жарком климате у организмов есть методы (например, потоотделение у людей или одышка у собак), которые помогают им отводить избыточное тепло тела.

Рис. 1.5 Белые медведи и другие млекопитающие, обитающие в покрытых льдом регионах, поддерживают температуру своего тела, выделяя тепло и уменьшая потери тепла через густой мех и плотный слой жира под кожей.(кредит: «longhorndave» / Flickr)

Энергетика

Все организмы (например, калифорнийский кондор, показанный на рис. 1.6) используют источник энергии для своей метаболической активности. Некоторые организмы захватывают энергию Солнца и превращают ее в химическую энергию в пище; другие используют химическую энергию от молекул, которые они принимают.

Рис. 1.6 Калифорнийскому кондору требуется много энергии, чтобы летать.Химическая энергия, получаемая из пищи, используется для полета. Калифорнийские кондоры — вымирающий вид; Ученые постарались прикрепить к каждой птице бирку с крыльями, чтобы помочь им идентифицировать и определить местонахождение каждой отдельной птицы. (кредит: Юго-западный регион Тихого океана, рыба и дикая природа США)

Evolution

Разнообразие жизни на Земле является результатом мутаций или случайных изменений наследственного материала с течением времени. Эти мутации дают возможность организмам адаптироваться к изменяющейся среде.Организм, который развивает характеристики, подходящие для окружающей среды, будет иметь больший репродуктивный успех под действием сил естественного отбора.

Уровни организации живых существ

Живые существа высокоорганизованы и структурированы, следуя иерархии от малого до большого. Атом — самая маленькая и самая фундаментальная единица материи, сохраняющая свойства элемента. Он состоит из ядра, окруженного электронами. Атомы образуют молекулы.Молекула — это химическая структура, состоящая как минимум из двух атомов, скрепленных химической связью. Многие молекулы, которые имеют биологическое значение, представляют собой макромолекулы, большие молекулы, которые обычно образуются путем объединения более мелких единиц, называемых мономерами. Примером макромолекулы является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) (рис. 1.7), которая содержит инструкции по функционированию организма, который ее содержит.

Рис. 1.7 Молекула, как и эта большая молекула ДНК, состоит из атомов.(кредит: «Brian0918» / Wikimedia Commons)

Концепции в действии

Чтобы увидеть анимацию этой молекулы ДНК, щелкните здесь.

Некоторые клетки содержат агрегаты макромолекул, окруженные мембранами; их называют органеллами. Органеллы — это небольшие структуры, которые существуют внутри клеток и выполняют специальные функции. Все живые существа состоят из клеток; Сама клетка — это наименьшая фундаментальная единица структуры и функции в живых организмах. (Это требование является причиной того, что вирусы не считаются живыми: они не состоят из клеток.Чтобы создать новые вирусы, они должны вторгнуться в живую клетку и захватить ее; только тогда они могут получить материалы, необходимые для воспроизводства.) Некоторые организмы состоят из одной клетки, а другие — многоклеточны. Клетки подразделяются на прокариотические и эукариотические. Прокариоты — это одноклеточные организмы, в которых отсутствуют органеллы, окруженные мембраной, и ядра, окруженные ядерными мембранами; напротив, клетки эукариот действительно имеют мембраносвязанные органеллы и ядра.

В большинстве многоклеточных организмов клетки объединяются в ткани, которые представляют собой группы похожих клеток, выполняющих одну и ту же функцию.Органы — это совокупность тканей, сгруппированных по общей функции. Органы есть не только у животных, но и у растений. Система органов — это более высокий уровень организации, состоящий из функционально связанных органов. Например, у позвоночных животных есть много систем органов, таких как система кровообращения, которая транспортирует кровь по всему телу, в легкие и из них; он включает такие органы, как сердце и кровеносные сосуды. Организмы — это индивидуальные живые существа. Например, каждое дерево в лесу — это организм.Одноклеточные прокариоты и одноклеточные эукариоты также считаются организмами и обычно называются микроорганизмами.

Визуальное соединение

Рис. 1.8 Биология исследует все аспекты жизни, от атома до всей Земли. (кредитная «молекула»: модификация работы Джейн Уитни; кредитные «органеллы»: модификация работы Луизы Ховард; кредитные «клетки»: модификация работы Брюса Ветцеля, Гарри Шефера, Национальный институт рака; кредит «ткань»: модификация работы «Kilbad» / Wikimedia Commons; кредитные «органы»: модификация работы Марианы Руис Вильярреаль, Хоакима Алвеса Гаспара; кредитные «организмы»: модификация работы Питера Даттона; кредитная «экосистема»: модификация работы «gigi4791» »/ Flickr; кредит« Биосфера »: модификация работы NASA)

Какое из следующих утверждений неверно?

1. Ткани существуют в органах, которые существуют в системах органов.
2. Сообщества существуют в популяциях, существующих в экосистемах.
3. Органеллы существуют внутри клеток, которые существуют в тканях.
4. Сообщества существуют в экосистемах, существующих в биосфере.

Все особи вида, живущие на определенной территории, вместе называются популяцией. Например, в лесу может быть много белых сосен. Все эти сосны представляют собой популяцию белых сосен в этом лесу. На одной и той же территории могут проживать разные группы населения.Например, сосновый лес включает популяции цветковых растений, а также популяции насекомых и микробов. Сообщество — это совокупность популяций, населяющих определенную территорию. Например, все деревья, цветы, насекомые и другие популяции в лесу образуют лесное сообщество. Сам лес — это экосистема. Экосистема состоит из всех живых существ в определенной области вместе с абиотическими или неживыми частями этой среды, такими как азот в почве или дождевая вода.На самом высоком уровне организации (рис. 1.8) биосфера представляет собой совокупность всех экосистем и представляет собой зоны жизни на Земле. Он включает землю, воду и части атмосферы.

Разнообразие жизни

Биология имеет очень широкие масштабы, потому что на Земле существует огромное разнообразие форм жизни. Источником этого разнообразия является эволюция, процесс постепенного изменения, в ходе которого новые виды возникают из более старых видов.Эволюционные биологи изучают эволюцию живых существ во всем, от микроскопического мира до экосистем.

В 18 веке ученый Карл Линней впервые предложил организовать известные виды организмов в иерархическую таксономию. В этой системе виды, которые наиболее похожи друг на друга, объединяются в группу, известную как род. Более того, похожие роды (множественное число родов) объединяются в одну семью. Такое группирование продолжается до тех пор, пока все организмы не будут собраны в группы на самом высоком уровне.Текущая таксономическая система теперь имеет восемь уровней в своей иерархии, от низшего к высшему, а именно: вид, род, семейство, порядок, класс, тип, царство, домен. Таким образом, виды группируются внутри родов, роды — внутри семейств, семейства — внутри отрядов и т. Д. (Рис. 1.9).

Рис. 1.9 На этой диаграмме показаны уровни таксономической иерархии собаки, от самой широкой категории — области — до наиболее специфической — разновидностей.

Самый высокий уровень, домен, является относительно новым дополнением к системе с 1970-х годов. Теперь ученые признают три области жизни: эукарию, архей и бактерии. Домен Eukarya содержит организмы, у которых есть клетки с ядрами. Он включает в себя царства грибов, растений, животных и несколько царств протистов. Археи — это одноклеточные организмы без ядер, среди которых много экстремофилов, обитающих в суровых условиях, например, в горячих источниках. Бактерии — еще одна совершенно другая группа одноклеточных организмов без ядер (Рисунок 1.10). И археи, и бактерии — прокариоты, неофициальное название клеток без ядер. Осознание в 1970-х годах того, что определенные «бактерии», ныне известные как археи, генетически и биохимически отличаются от других бактериальных клеток, как и от эукариот, послужило основанием для рекомендации разделить жизнь на три области. Это резкое изменение в наших знаниях о дереве жизни демонстрирует, что классификации не являются постоянными и изменятся, когда станет доступной новая информация.

В дополнение к иерархической таксономической системе Линней был первым, кто назвал организмы двумя уникальными именами, которые теперь называются биномиальной системой именования. До Линнея использование общих названий для обозначения организмов вызывало путаницу, поскольку в этих общих названиях существовали региональные различия. Биномиальные названия состоят из названия рода (которое пишется с большой буквы) и названия вида (все в нижнем регистре). При печати оба имени выделяются курсивом. Каждому виду дается уникальный бином, признанный во всем мире, так что ученый в любом месте может знать, о каком организме идет речь.Например, североамериканская голубая сойка известна под уникальным именем Cyanocitta cristata . Наш собственный вид — Homo sapiens .

Рисунок 1.10 Эти изображения представляют разные домены. Микрофотография, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывает: (а) бактериальные клетки принадлежат к домену «Бактерии», а (б) экстремофилы, все вместе видимые в виде цветных матов в этом горячем источнике, принадлежат к домену архей. И (c) подсолнечник, и (d) лев являются частью домена Eukarya.(кредит a: модификация работы Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH; кредит b: модификация работы Стива Юрветсона; кредит c: модификация работы Майкла Арриги; кредит d: модификация работы Фрэнка Вассена)

Evolution Connection

Карл Вёзе и филогенетическое древо

Эволюционные отношения различных форм жизни на Земле можно обобщить на филогенетическом дереве. Филогенетическое дерево — это диаграмма, показывающая эволюционные отношения между биологическими видами, основанные на сходстве и различии генетических или физических признаков или того и другого.Филогенетическое дерево состоит из точек ветвления или узлов и ветвей. Внутренние узлы представляют предков и являются точками эволюции, когда на основании научных данных считается, что предок разделился, образовав два новых вида. Длину каждой ветви можно рассматривать как оценку относительного времени.

В прошлом биологи сгруппировали живые организмы в пять царств: животные, растения, грибы, простейшие и бактерии. Новаторская работа американского микробиолога Карла Вёза в начале 1970-х годов показала, однако, что жизнь на Земле развивалась по трем линиям, которые теперь называются областями — бактерии, археи и эукарии.Вёзе предложил домен как новый таксономический уровень, а архей — как новый домен, чтобы отразить новое филогенетическое дерево (рис. 1.11). Многие организмы, принадлежащие к домену архей, живут в экстремальных условиях и называются экстремофилами. Чтобы построить свое дерево, Вёзе использовал генетические отношения, а не сходства, основанные на морфологии (форме). В филогенетических исследованиях использовались различные гены. Дерево Вёзе было построено на основе сравнительного секвенирования универсально распределенных генов, обнаруженных в некоторых слегка измененных формах в каждом организме, сохраненных (это означает, что эти гены оставались лишь незначительно измененными на протяжении всей эволюции) и соответствующей длины.

Рис. 1.11 Это филогенетическое древо было построено микробиологом Карлом Вёзе с использованием генетических взаимосвязей. Дерево показывает разделение живых организмов на три области: бактерии, археи и эукарии. Бактерии и археи — это организмы без ядра или других органелл, окруженных мембраной, и поэтому они являются прокариотами. (кредит: модификация работы Эрика Габа)

Филиалы биологических исследований

Область биологии широка и поэтому включает множество разделов и дисциплин.Биологи могут изучать одну из этих субдисциплин и работать в более узкой области. Например, молекулярная биология изучает биологические процессы на молекулярном уровне, включая взаимодействия между молекулами, такими как ДНК, РНК и белки, а также то, как они регулируются. Микробиология — это изучение структуры и функций микроорганизмов. Сама по себе это довольно обширная ветвь, и в зависимости от предмета исследования, помимо прочих, существуют также физиологи-микробиологи, экологи и генетики.

Другая область биологических исследований, нейробиология, изучает биологию нервной системы, и, хотя она считается разделом биологии, она также признана междисциплинарной областью исследований, известной как нейробиология. Из-за своей междисциплинарной природы эта дисциплина изучает различные функции нервной системы с использованием молекулярных, клеточных, связанных с развитием, медицинских и вычислительных подходов.

Рисунок 1.12 Исследователи работают над раскопками окаменелостей динозавров на месте в Кастельоне, Испания. (кредит: Марио Модесто)

Палеонтология, еще одна ветвь биологии, использует окаменелости для изучения истории жизни (рис. 1.12). Зоология и ботаника изучают животных и растения соответственно. Биологи могут также специализироваться как биотехнологи, экологи или физиологи, и это лишь некоторые области. Биотехнологи применяют знания биологии для создания полезных продуктов. Экологи изучают взаимодействие организмов в окружающей их среде.Физиологи изучают работу клеток, тканей и органов. Это лишь небольшая часть из множества областей, которыми могут заниматься биологи. От нашего собственного тела до мира, в котором мы живем, открытия в биологии могут влиять на нас самым прямым и важным образом. Мы зависим от этих открытий для нашего здоровья, наших источников пищи и преимуществ, предоставляемых нашей экосистемой. Из-за этого знание биологии может помочь нам в принятии решений в нашей повседневной жизни.

Развитие технологий в двадцатом веке, которое продолжается и сегодня, особенно технология описания и манипулирования генетическим материалом, ДНК, изменила биологию.Эта трансформация позволит биологам продолжить более детальное понимание истории жизни, того, как устроено человеческое тело, нашего человеческого происхождения и того, как люди могут выжить как вид на этой планете, несмотря на стрессы, вызванные нашей растущей численностью. Биологи продолжают разгадывать огромные загадки жизни, предполагая, что мы только начали понимать жизнь на планете, ее историю и наши отношения с ней. По этой и другим причинам знание биологии, полученное с помощью этого учебника и других печатных и электронных средств массовой информации, должно быть полезным в любой области, в которой вы работаете.

Связь с карьерой

Судебно-медицинский эксперт

Судебная медицина — это применение науки для ответа на вопросы, связанные с законом. Судебными экспертами могут быть биологи, химики и биохимики. Судебно-медицинские эксперты предоставляют научные доказательства для использования в судах, и их работа включает изучение следов, связанных с преступлениями. За последние несколько лет интерес к судебной медицине возрос, возможно, из-за популярных телешоу, в которых судмедэксперты участвуют в работе.Кроме того, развитие молекулярных методов и создание баз данных ДНК обновили виды работы, которую могут выполнять судебно-медицинские эксперты. Их служебная деятельность в первую очередь связана с преступлениями против людей, такими как убийства, изнасилования и нападения. Их работа включает анализ таких образцов, как волосы, кровь и другие биологические жидкости, а также обработку ДНК (рис. 1.13), обнаруженной во многих различных средах и материалах. Судмедэксперты также анализируют другие биологические доказательства, оставленные на местах преступления, такие как части насекомых или пыльцевые зерна.Студенты, которые хотят продолжить карьеру в области судебной медицины, скорее всего, должны будут пройти курсы химии и биологии, а также некоторые интенсивные курсы математики.

Рис. 1.13 Этот судебно-медицинский эксперт работает в комнате для извлечения ДНК в Лаборатории уголовных расследований армии США. (кредит: Управление по связям с общественностью CID армии США)

Биология: сравнительная морфология: исследования структуры и функций

Введение

Морфология, одна из наук о жизни, изучает внешние характеристики организма: его анатомию, форму и внешний вид.Один из первых шагов в идентификации организма — изучение этих характерных черт; это помогает отличить один вид от другого и идентифицировать новые виды или подвиды. Морфологию также можно изучать в гораздо меньших масштабах, исследуя определенные органы, ткани или типы клеток.

Способность сравнивать морфологию двух организмов — важный базовый навык для ученых-биологов. Простое, тщательное наблюдение и сравнение привели, например, к большинству открытий в области палеонтологии, а также к открытию того, что киты являются млекопитающими.

Историческая справка и научные основы

С древних времен до эпохи Возрождения законы и культурные табу не позволяли врачам анатомировать человеческие тела. Их анатомические знания пришли из хирургии, лечения серьезных ран и травм, а также из вскрытия животных. В определенном смысле самые ранние исследования анатомии человека были упражнениями по сравнительной морфологии. Поскольку прямое исследование было невозможно, врачи заполнили пробелы в своих знаниях сравнением с моделями на животных.

Одним из них был римский врач Гален из Пергама (129–216 гг. Н. Э.), Которого очень уважали за свои труды по медицине и анатомии. Несмотря на множество ошибок, вызванных его неспособностью проводить вскрытие человека, Гален был лучшим источником анатомической информации до эпохи Возрождения. Он призвал врачей проявлять любопытство и исследовать сами. Однако, несмотря на этот призыв, его работа оставалась неизменной более 1000 лет.

Андреас ван Везель (1514–1564), более известный под латинизированным именем Везалий, был одним из первых врачей, которые подвергли сомнению авторитет Галена.Он родился в начале шестнадцатого века в известной голландской семье медиков, долгое время служившей императорам Священной Римской империи. В начале своей карьеры Везалий начал проводить вскрытие людей, бросая вызов господству Галена своими результатами. Поскольку Гален никогда не препарировал человеческий труп, Везалий опубликовал исправления к своим писаниям, показав множество недостатков, порожденных слепым сравнением людей и животных.

Средневековое понимание нервной системы в основном ограничивалось наблюдениями за анатомией животных, сдерживаемыми философиями, господствовавшими с древних времен.Влияние греческого врача Галена из Пергама (129–216 гг. Н. Э.) На теорию и практику медицины было преобладающим в Европе в средние века и в эпоху Возрождения. Гален считал, что лучшие врачи также были философами, и эта философия способствовала развитию медицины. Согласно галеновской традиции, болезнь была результатом дисбаланса жидкостей тела или юмора. При вскрытии телят Гален заметил сеть нервов и сосудов в основании мозга теленка, которая, как он ошибочно предположила, также существует у людей.Гален назвал это место rete mirabile, и заявил, что это было место, где жизненные духи превращались в человеческих духов животных. После прихода христианства эти духи были объединены в понятие христианской души, и врачи обсуждали основание души в человеческом теле, предположительно в сердце или мозге.

Влияние на другие области исследований

Одно из первых открытий в палеонтологии стало возможным благодаря использованию сравнительной морфологии.В 1666 году итальянские рыбаки поймали большую акулу. Он был отправлен Нильсу Стейнсену (1648–1686), более известному под своим итальянским именем Николаус Стено, датскому анатому, работавшему во Флоренции. Изучив зубы акулы, Стено заметил, что они очень похожи на так называемые «камни языка», маленькие треугольные камни, которые давно были найдены в земле. Стено понял, что эти камни были окаменелыми зубами акулы, и что со временем живой материал был заменен камнем.

Сравнительная морфология также сыграла большую роль в ранней классификации видов растений и животных.Шведский натуралист Карл Линней (1707–1778; также известный как Карл Линней или Карл Линне) разработал первую последовательную систему классификации организмов, в частности растений. Его система была основана на характеристиках мужских и женских половых органов растений. Он сгруппировал их по типу, а затем составил более широкие группы на основе общих характеристик, в значительной степени опираясь на сравнительную морфологию. Работа Линнея позволила систематически классифицировать огромное количество растений и животных, основываясь не на искусственных категориях (например, домашних животных), а на общих чертах.Его работа легла в основу современной таксономии; его метод сравнительной морфологии до сих пор является отправной точкой для классификации.

Современные культурные связи

Сравнение характеристик одного организма с другим помогает ученым узнать обо всех этих особенностях. Хотя логика гласит, что те, у кого наиболее похожая морфология, наиболее тесно связаны между собой, естественный отбор иногда дает неродственным организмам похожие формы.

Структуры, которые развиваются подобным образом, поскольку имеют общее происхождение, называются гомологичными.Передние придатки большинства млекопитающих представляют собой очень широкий тип гомологичной структуры. Те, что не имеют подобного происхождения, являются аналогичными структурами. Они развиваются, когда сходная среда оказывает одинаковое эволюционное давление на разные организмы; примерами являются похожие формы дельфинов и рыб или крылья птиц и летучих мышей. Ярким примером эволюционной гомологии (конвергентной адаптации) является сходство между глазами животных разных зоологических типов, таких как кальмары и осьминоги, которые являются моллюсками, и глазами позвоночных, включая животных и людей.

Сравнительная морфология также поддерживает теорию эволюции. Изучая как живые организмы, так и окаменелости их вымерших предков, зоологи и палеонтологи могут сделать выводы об их происхождении. Изучая окаменелости, ученые могут увидеть, как слоны произошли от маленьких животных без хобота или как киты произошли от четвероногих наземных млекопитающих, потеряв задние ноги, когда они адаптировались к жизни в море.

Одно из самых убедительных доказательств эволюции происходит из сравнительных исследований — сравнения структурных сходств организмов для определения их эволюционных взаимоотношений.Предполагается, что организмы со схожими анатомическими особенностями являются относительно близкими эволюционно, и предполагается, что у них есть общий предок. В результате изучения эволюционных взаимоотношений анатомические сходства и различия являются важными факторами при определении и установлении классификации организмов.

Некоторые организмы имеют анатомические структуры, которые очень похожи по эмбриологическому развитию и форме, но очень различаются по функциям. Их называют гомологичными структурами.Поскольку эти структуры очень похожи, они указывают на эволюционное родство и общего предка видов, которые ими обладают. Ярким примером гомологичных структур является передняя конечность млекопитающих. При внимательном рассмотрении передние конечности людей, китов, собак и летучих мышей очень похожи по строению. У каждого одинаковое количество костей, расположенных почти одинаково. Несмотря на то, что они имеют разные внешние особенности и функционируют по-разному, эмбриологическое развитие и анатомическое сходство формы поразительны.Сравнивая анатомию этих организмов, ученые определили, что у них общий эволюционный предок, и в эволюционном смысле они относительно тесно связаны.

Другие организмы имеют анатомические структуры, которые функционируют очень похожим образом, но сильно отличаются морфологически и в плане развития. Их называют аналогичными структурами. Поскольку эти структуры настолько разные, даже несмотря на то, что они выполняют одну и ту же функцию, они не указывают на наличие эволюционных отношений или на то, что у этих двух видов есть общий предок.Например, крылья птицы и стрекозы выполняют одну и ту же функцию; они помогают организму летать. Однако, если сравнивать анатомию этих крыльев, они сильно различаются. Крыло птицы внутри имеет кости и покрыто перьями, а крыло стрекозы лишено обеих этих структур. Это аналогичные структуры. Таким образом, сравнивая анатомию этих организмов, ученые определили, что птицы и стрекозы не имеют общего эволюционного предка или что в эволюционном смысле они тесно связаны.Аналогичные структуры свидетельствуют о том, что эти организмы развивались по разным линиям.

Рудиментарные структуры — это анатомические особенности, которые все еще присутствуют в организме (хотя часто уменьшаются в размерах), даже если они больше не служат. При сравнении анатомии двух организмов наличие структуры в одном и связанной, хотя и рудиментарной, структуры в другом свидетельствует о том, что организмы имеют общего эволюционного предка и что в эволюционном смысле они относительно тесно связаны. .Киты, которые произошли от наземных млекопитающих, имеют в своем теле рудиментарные кости задних ног. Хотя они больше не используют эти кости в своей морской среде обитания, они указывают на то, что киты разделяют эволюционные отношения с наземными млекопитающими. В теле человека имеется более 100 рудиментарных структур.

Сравнительная морфология — важный инструмент, который помогает определить эволюционные отношения между организмами, а также наличие у них общих предков. Однако это также важное свидетельство эволюции.Анатомическое сходство между организмами поддерживает идею о том, что эти организмы произошли от общего предка. Таким образом, тот факт, что у всех позвоночных есть четыре конечности и жаберные сумки на некоторой части своего развития, указывает на то, что с течением времени произошли эволюционные изменения, в результате чего разнообразие наблюдается сегодня.

См. Также Биология: ботаника; Биология: системы классификации; Биология: сравнительная морфология: изучение структуры и функций; Биология: концепции наследственности и изменений до появления эволюционной теории; Биология: эволюционная теория; Биология: палеонтология; Биология: зоология.

библиография

веб-сайты

Калифорнийский государственный университет, Станислав. Биологический факультет. «Введение в эволюцию: сравнительная анатомия». http://arnica.csustan.edu/biol3020/anatomy/anatomy.htm (по состоянию на 26 января 2008 г.).

Калифорнийский университет, Беркли. «Сравнительная анатомия: Андреас Везалий». Понимание эволюции для учителей. http://evolution.berkeley.edu/evosite/history/compar_anat.shtml (по состоянию на 26 января 2008 г.).

Музей палеонтологии Калифорнийского университета.