Биология

Научный метод используется для решения проблем и объяснения явлений. Развитие научного метода совпало с изменениями в философии, лежащими в основе научных открытий, коренным образом трансформирующими взгляды общества на природу. В эпоху европейского Возрождения такие люди, как Фрэнсис Бэкон, Галилей и Исаак Ньютон, формализовали концепцию научного метода и применили ее на практике. Несмотря на то, что научный метод был пересмотрен с момента его зарождения, большая часть его структуры и...

Клеточные мембраны и диффузия Для того чтобы функционировать, клетки должны перемещать вещества внутрь и из цитоплазмы через клеточные мембраны. Эти мембраны являются полупроницаемыми, что означает, что через них могут проходить определенные молекулы, но не другие. Это движение молекул опосредовано фосфолипидным бислоем и встроенными в него белками, некоторые из которых действуют как транспортные каналы для молекул, которые в противном случае не смогли бы пройти через мембрану, таких как ионы и...

Фон Клетки представляют собой самые основные биологические единицы всех организмов, будь то простые одноклеточные организмы, такие как бактерии, или большие многоклеточные организмы, такие как слоны и гигантские секвойи. В середине 19-го века была предложена клеточная теория для определения клетки, которая гласит: Каждый живой организм состоит из одной или нескольких клеток. Клетки являются функциональными единицами всех организмов. Все клетки возникают из уже существующих клеток. Все...

Биомолекулы Организмы содержат большое разнообразие органических молекул с многочисленными функциями, которые зависят от химической структуры и свойств этих молекул. Все органические молекулы содержат углеродный каркас и атомы водорода. Атом углерода играет центральную роль в формировании огромного разнообразия органических молекул разного размера, формы и сложности; Неорганические молекулы, с другой стороны, обычно имеют более простую структуру. Самая внешняя оболочка свободного атома углерода...

Гомеостаз Условия во внешней среде организма могут меняться быстро и кардинально. Чтобы выжить, организмы должны поддерживать достаточно постоянную внутреннюю среду, которая включает в себя непрерывное регулирование температуры, pH и других факторов. Это сбалансированное состояние известно как гомеостаз, который описывает процессы, с помощью которых организмы поддерживают свои оптимальные внутренние условия. Для поддержания гомеостаза организмы развили структуры с различными функциями.

Менделевская генетика Эволюция обусловлена изменениями в генетическом составе популяций. В области популяционной генетики ученые моделируют этот процесс как изменение частоты аллелей в отдельных генетических локусах. Это простое представление о том, как происходит эволюция, восходит к анализу Грегором Менделем моделей наследования признаков у растений гороха, впервые представленному в 1865 году. Используя тщательный сбор данных, Мендель определил, что заметные черты контролируются двумя...

Открытие ДНК как наследственной молекулы во всех организмах привело к огромным научным и медицинским прорывам и значительно улучшило наше понимание себя и других организмов. Выделение и профилирование ДНК были фундаментальными первыми шагами для многих достижений прошлого века; от идентификации функции генов до революций в сельском хозяйстве и криминалистике. Выделение ДНК из клеток Выделение ДНК — довольно простая процедура, которая требует некоторых, но важных этапов: сбора клеток, лизиса,...

Фон В начале20-го века пневмония была причиной значительной части смертей от инфекционных заболеваний. Чтобы разработать эффективную вакцину против пневмонии, Фредерик Гриффит решил изучить два различных штамма Streptococcus pneumoniae: невирулентный штамм с грубым внешним видом (R-штамм) и вирулентный штамм с гладким внешним видом (S-штамм) благодаря внешней полисахаридной капсуле2. Этот внешний слой бактерий S-штамма позволил им противостоять иммунной системе хозяина, что в конечном итоге...

Автотрофы Почти все живые организмы на Земле зависят от фотосинтеза, который представляет собой процесс, преобразующий энергию солнечного света в простой сахар, называемый глюкозой. Эта молекула может быть использована в качестве краткосрочного источника энергии или для создания более сложных углеводов, таких как крахмалы, для долгосрочного хранения энергии. Автотрофы — это организмы, которые улавливают световую энергию с помощью фотосинтеза. Также известные как первичные продуценты, они...

Автотрофы и гетеротрофы Живые организмы нуждаются в постоянном поступлении энергии для поддержания клеточных и организменных функций, таких как рост, восстановление, движение, защита и размножение. Клетки могут использовать только химическую энергию для поддержания своих функций, поэтому им необходимо собирать энергию из химических связей биомолекул, таких как сахара и липиды. Автотрофные организмы, а именно растения, водоросли, фотосинтезирующие и хемосинтетические бактерии, превращают...

Деление клеток имеет основополагающее значение для всех живых организмов и необходимо для роста и развития. Являясь важным средством размножения для всех живых существ, деление клеток позволяет организмам передавать свой генетический материал своему потомству. Для одноклеточного организма клеточное деление порождает совершенно новый организм. У многоклеточных организмов клеточное деление производит новые клетки для общего развития организма, а также производит здоровые клетки для замены...

Фон Все живые организмы должны выполнять набор основных функций для того, чтобы поддерживать себя. Один из таких процессов включает в себя транспортировку материалов по организму. Таким образом, организмы должны обмениваться материалами с окружающей средой, что можно наблюдать в небольших масштабах клеток, переносящих белок и другие материалы друг другу, или в более крупных масштабах, таких как круговорот воды, где вода непрерывно движется вверх, над и под поверхностью Земли. В обоих примерах...

Биологические катализаторы Все живые организмы непрерывно совершают многочисленные биохимические реакции, чтобы поддерживать свое присутствие. Для начала большинства этих реакций требуется поступление энергии, которая называется энергией активации. Катализаторы — это химические вещества, которые снижают энергию активации. Несмотря на то, что катализаторы способствуют химической реакции, они не потребляются ею. Это означает, что катализатор может способствовать определенной химической реакции...

Дрозофила как модельный организм Обыкновенная плодовая муха, Drosophila melanogaster, является широко используемым модельным организмом в биологии, хотя чаще ее можно признать вредителем, любящим фрукты. Существует множество причин, которые делают D. melanogaster превосходным экспериментальным организмом: их примерно двухнедельное время генерации позволяет изучать несколько поколений, они легко содержатся в очень маленьких пробирках, а их половой диморфизм позволяет исследователям легко...

Пищевая цепочка Энергия является одним из наиболее важных абиотических факторов в экосистеме, а организмы в экосистеме связаны потоком энергии и вещества друг с другом. Поскольку энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, она может только изменить форму или быть передана следующему организму в пищевой цепи. Например, каждый раз, когда корова пасется на траве или скопа охотится и поедает рыбу, энергия передается от потребляемого организма к потребителю. Каждое из этих взаимодействий в...

Разнообразие экосистем важно для здоровья планеты и нашего выживания как людей, поэтому для нас невероятно важно понимать и измерять биоразнообразие, которое определяется как изменчивость живых организмов в экосистеме. Биоразнообразие можно измерить на многих различных уровнях, включая генетический, видовой, общинный и экосистемный. Одним из способов измерения биоразнообразия является оценка видового богатства экосистемы, которое представляет собой общее количество отдельных видов в местном...

История жизни на Земле Окаменелости организмов, которые отличались от всего живого сегодня, были задокументированы еще в 17 веке, но только в начале 19 века ученые начали признавать, что последовательные слои пород, содержащих окаменелости, были похожи на последовательные страницы в истории жизни на Земле. Хотя это признание положило начало зарождению палеонтологии, идея полного глобального вымирания вида еще не была полностью принята. В то время было вполне уместно утверждать, что наши знания...

Распространение вида Биогеография изучает распространение видов в географическом пространстве и процессы, которые формируют это распределение. Эта дисциплина основана на предположении, что каждый вид в пределах одного места должен был иммигрировать из другой географической области или эволюционировать от местного вида. В каждой среде обитания различные биотические и абиотические факторы действуют на отдельные виды, формируя темпы рождения, смерти, иммиграции и эмиграции. Чтобы избежать...

Популяционные модели Экологическая популяция — это группа особей одного вида, проживающих на территории в одно и то же время. Чтобы выжить, популяция должна либо расти, либо поддерживать свой размер. Популяционная экология изучает, как размер популяции и возрастное распределение изменяются с течением времени в результате взаимодействия с другими видами и окружающей средой, а также с особями своего собственного вида. Особенно важной особенностью, которую изучают экологи, является скорость, с...

Популяции не живут изолированно, таким образом, каждая популяция взаимодействует с другими определенным образом. Эти взаимодействия порождают сеть популяций. Следовательно, экологическое сообщество состоит из таких популяционных сетей различных видов, взаимодействующих друг с другом в пределах одной и той же территории. Эти биологические, или биотические, компоненты могут также тесно взаимодействовать с неживыми, или абиотическими, компонентами, образуя экосистему. Экосистемы могут быть такими...

Неизбежность изменения климата остается предметом общественного спора, несмотря на консенсус среди примерно 97% активных исследователей климата, которые не только согласны с тем, что климат Земли меняется, но и утверждают, что это изменение усиливается деятельностью человека, в основном выбросами углерода. Разрыв между общественностью и экспертами отчасти объясняется плохим пониманием механизмов, связанных с изменением климата, а также различий между такими основными понятиями, как погода и...

Жизнь в популяции Организмы в популяциях взаимодействуют друг с другом сложным образом, где особи конкурируют за ресурсы, такие как пища, жилье и партнеры. Эти взаимодействия являются дорогостоящими, поскольку индивидуумы вкладывают энергию в приобретение ресурса, поэтому существует множество стратегий, которые организмы используют, чтобы получить преимущество перед своими конкурентами. Это ясно прослеживается в полиморфных системах спаривания, в которых один пол, преимущественно самцы,...

Оптимальный сбор пищи Организмы должны приобретать и использовать ресурсы в своей окружающей среде, чтобы выжить. В то время как пища является одним из основных ресурсов, которые организмы должны искать, особи также должны искать среду обитания, укрытие и партнеров. Этот процесс поиска ресурсов известен как собирательство, который включает в себя ряд затрат и выгод. В частности, приобретение ресурса приносит организму пользу, однако поиск и захват ресурса требует затрат времени и энергии. Таким...

Выбор сопряжений Эволюционная приспособленность в значительной степени определяется способностью организма выживать и успешно производить потомство. Решающее значение в этом процессе имеет половой отбор, который играет большую роль в определении брачных пар и, таким образом, какие гены передаются следующему поколению. Часто интенсивная конкуренция за партнеров в популяции оказывает селективное давление на признаки, связанные с ухаживанием и совокуплением. Естественный отбор, возникающий в...

Общественная организация В животном царстве наблюдаются различные уровни социальной организации, от простых до очень сложных. Эти системы могут значительно повысить выживаемость и репродуктивный успех индивидуума или популяции. Из них эусоциальность является высшим уровнем социальной организации, включающим разделение труда на основе социальных каст. Тем не менее, эта система редко наблюдается в природе, так как она требует от индивидуумов помощи другим в популяции с большими затратами на...

Пригодность Широко распространенная изменчивость фенотипов в природных популяциях дает исходный материал для эволюции, которая представляет собой изменение наследственных признаков популяций в течение последующих поколений. Естественный отбор является одним из основных механизмов эволюции и требует, чтобы изменчивые признаки передавались по наследству и ассоциировались с дифференциальной выживаемостью и/или репродуктивным успехом. Фенотипы, которые коррелируют с большим успехом, будут иметь...

Естественный отбор и адаптивная эволюция В естественных условиях адаптивная эволюция происходит путем естественного отбора, процесса, в котором различия в чертах приводят к различиям в выживании и репродуктивном успехе между особями. Это происходит потому, что особи с определенными фенотипами имеют более высокую вероятность выживания и/или производят больше выжившего потомства, чем особи с другими фенотипами. Классический пример этого был продемонстрирован Розмари и Питером Грантом, изучавшими...

Эволюционные изменения интересны и важны для изучения, но изменения в популяциях происходят в течение длительных периодов времени и на огромных физических пространствах, и поэтому их очень трудно измерить. В целом, изучение подобных явлений требует использования математических моделей, построенных с использованием параметров, которые можно удобно измерить. Затем эти модели используются для прогнозирования того, как изменения в системе могут повлиять на результат. Например, изменения частоты...

Люди пытались правильно классифицировать живые существа с тех пор, как Аристотель предпринял первую попытку в 4 веке до нашей эры. Система Аристотеля была усовершенствована в эпоху Возрождения, а затем, впоследствии, Карлом Линнеем в середине 1700-х годов. Эти более формальные системы классификации и организации группировали виды по их физическому сходству друг с другом. Например, у всех позвоночных есть позвоночник, а у беспозвоночных его нет. Такие черты, как позвоночник, называются...

Из воды на сушу Царство Plantae впервые появилось около 410 миллионов лет назад, когда зеленые водоросли перешли из воды на сушу. Несмотря на то, что этот переход был сложным, он принес пользу ранним колонизаторам в нескольких отношениях. Первоначально большинство живых организмов (включая растения и животных) обитали в океане, что делало водную среду переполненной и высококонкурентной. В отличие от этого, земля была относительно неколонизированной средой с достаточными ресурсами и практически...

Царство Animalia состоит из ряда организмов, объединенных набором общих характеристик. За некоторыми исключениями, животные являются многоклеточными эукариотами, которые передвигаются, потребляют органические вещества и размножаются половым путем. Хотя эти атрибуты являются общими, виды в этом царстве также чрезвычайно разнообразны. Такое разнообразие обусловлено адаптацией каждого вида к своей нише. Ниша вида включает в себя площадь, функцию и взаимоотношения этого вида с другими биотическими...

Бактерии и грибы — это две очень разнообразные группы организмов, которые могут оказывать значительное благотворное или вредное воздействие на здоровье человека. По этой причине важно понимать и различать отдельные виды этих групп. Как вы помните, биологические систематики группируют организмы на основе их филогенетического родства. Три домена жизни, бактерии, археи и эукариоты, разделяют жизнь на три различные группы. В то время как все бактерии попадают в домен Bacteria, грибы находятся в...