Úvod do studia biologie
vyučující: RNDr. Zdeňka Lososová, Ph.D.
Mgr. Robert Vlk, Ph.D.
Doc. RNDr. Marie Havelková, CSc.
Doc. RNDr. Boris Rychnovský, CSc.
studijní literatura:
Nečas O. et al.: Obecná biologie pro
lékařské fakulty. 3. přepracované
vydání, Jinočany, H+H, 2000.
Rosypal S. et al.: Nový přehled biologie.
2. vydání, Praha, Scientia, 2003.
první čtyři přednášky:
* základní projevy života ­ obecná charakteristika živých soustav
* rozdělení organismů
* základy taxonomie a systematiky
* výživa: autotrofie a heterotrofie
1. Základní projevy života ­ obecná charakteristika živých soustav
Kategorie živých soustav
Základní jsou individua (jedinci, jednotlivé organismy). Jsou to živé
soustavy, které vykonávají všechny základní životní funkce (jinak by nebyly
schopné života).
Jsou to jednobuněčné i mnohobuněčné organismy, i jednotlivé buňky
mnohobuněčných organismů (v buněčných kulturách jsou samostatně
schopny života).
U některých členovců existují individua vyššího řádu (společenstva
tvořená jedinci téhož druhu, která mohou žít pouze jako taková, např.
včelstva).
Geneticky příbuzné organismy tvoří populace. Soubor geneticky příbuzných
populací se nazývá druh.
Organizace živých soustav
1. Intramolekulární úroveň- vztahy mezi atomy v molekulách
FYZIKA, CHEMIE
2. Molekulární úroveň+úroveň nadmolekulárních kovztahy mezi molekulami
CHEMIE, MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE
3. Podbuněčná (subcelulární) úroveň-vztahy mezi organelami; viry-
VIROLOGIE
4. Buněčná úroveň-vztahy mezi organelami v buňce
jednobuněčné organismy+buňky mnohobuněčných organismů
BUNĚČNÁ BIOLOGIE, MIKROBIOLOGIE
5. Tkáňová úroveň-vztahy mezi buňkami v tkáni/pletivech a mezi
tkáněmi/pletivy
Tkáň/pletivo-soubor buněk stejných vlastností-tvaru a funkce
HISTOLOGIE
6. Orgánová úroveň- vztahy mezi tkáněmi v orgánu a mezi orgány
Orgán-soustava tkání/pletiv uspořádaných určitým
způsobem a vykonávající v organismu určitou funkci
ANATOMIE, FYZIOLOGIE
7. Organismální úroveň-vztahy mezi orgány v orgánových soustaváchorganismus
ANATOMIE, FYZIOLOGIE
8. Vztahy mezi organismy (supraorganismální)-vztahy mezi organismy
v populacích, v biocenózách EKOLOGIE
vlastnosti společné všem živým soustavám
* přeměna látek a energií (metabolismus)
nukleové kyseliny a proteiny jsou hlavní molekulární složky ve všech živých
soustavách
mezi jejich molekulami se vyvinuly vztahy, kterými jsou zajištěny základní
funkce živých soustav (metabolismus a autoreprodukce)
nukleové kyseliny obsahují genetickou informaci a zajišťují její přenos jednak při
reprodukci živé soustavy, jednak při syntéze nových molekul proteinů
proteiny působí katalyticky ve funkci enzymů na svou vlastní syntézu i na
syntézu nukleových kyselin
metabolismus = integrovaný a organizovaný soubor chemických reakcí a s nimi
spojených energetických přeměn, které probíhají v živých organismech a mezi
živými organismy a jejich okolím
jednotlivé metabolické reakce neprobíhají izolovaně, ale prostřednictvím
meziproduktů na sebe navazují. Vznikající řetězce nebo cykly označujeme jako
metabolické dráhy.
anabolické procesy - asimilační ­ biosyntetické-vedou ke vzniku nových,
chemicky složitějších látek, energie se spotřebovává
katabolické procesy ­ rozkladné ­ disimilační ­ z látek složitějších vznikají
látky jednodušší a energie se uvolňuje
Anabolismus a katabolismus jsou v určité rovnováze. Při růstu a reprodukci
buňky převažuje anabolismus a při hynutí buňky převažuje katabolismus.
pozn. schopnost látkové výměny (metabolismu) mají mnohé chemické
disipační systémy
2. hierarchie (stupňovitost uspořádání): atomy jsou uspořádány v
molekulu, molekuly v makromolekuly, makromolekuly tvoří nadmolekulární
komplexy, ty tvoří buněčné organely, soustava organel dává vznik buňce a
buňky tkáni, orgán je tvořen soustavou tkání, orgány vytváří orgánovou
soustavu a soustava soustav orgánů je mnohobuněčný organismus.
* uspořádanost: odlišuje živé soustavy od neživých objektů,
umožňuje životní projevy
(vzniká samoorganizací, přirozeným výběrem
a tříděním z hlediska stability)
měřítkem uspořádanosti je životaschopnost organismu a funkčnost jeho
orgánů
* a složitost (komplexita) nápadná, ale těžko definovatelná
vlastnost živých systémů
(lze vyjádřit délkou algoritmu, který umožňuje systém popsat)
pozn. ačkoli nám zkušenost napovídá, že evoluce vede od jednodušších
organismů ke složitějším, nemusí to být vždy pravda
př. - zjednodušení určitých orgánových soustav u některých parazitických
organismů
- redukovaná stavba těla některých krytosemenných
rostlin (Eleocharis sp.)
problematická je tato charakteristika
u nebuněčných živých soustav (viry)
-mnohé složitě uspořádané struktury u živých organismů vzniklé bez účasti
přirozeného výběru mohou až dodatečně získat funkci důležitou z hlediska
přežití organismu, mohou se druhotně stát adaptivními
- pro organismy je typická jejich vzájemná různorodost a pro biosféru jako
celek vysoká biodiverzita
za vzrůst biodiverzity jsou
odpovědné
speciace
genetický drift
přirozený výběr
druhový výběr
* živé soustavy jsou otevřené
tj. se svým okolím si vyměňují látky, energii a informaci
v průběhu evoluce se tak mohou vytvářet účelné vlastnosti
obecně existují systémy, které se v průběhu času mění ­ systémy s pamětí
a bez paměti.
bez paměti ­ se chovají (tj. mění kombinaci signálů na svých výstupech)
podle toho, jakou kombinaci signálů mají na vstupech
s pamětí ­ reakce závisí nejen na vstupních signálech ale také na
kombinaci signálů, s nimiž se daný systém setkal v minulosti
tyto systémy se mohou v průběhu času měnit ­ mohou
procházet evolucí
živé soustavy jsou systémy s pamětí, v průběhu evoluce se vyvíjejí. Jejich
evoluce tj. biologická evoluce směřuje k získávání vlastností, které se u
neživých systémů nevyskytují (za takové vlastnosti jsou považované
komplexita, uspořádanost, biodiverzita a účelné přizpůsobení životním
podmínkám).
* schopnost biologické evoluce: předmětem biologické evoluce
se mohou stát pouze systémy dostatečně komplexní, schopné
podléhat přirozenému výběru, tj. obsahující vzájemně si
konkurující prvky schopné reprodukce, proměnlivosti a dědičnosti
vlastností.
* samoregulace (autoregulace) ­ pochody uvnitř živých soustav
jsou v závislosti na vnějším prostředí regulovány systémem
zpětných vazeb nebo jinými mechanismy (tato vlastnost není
výlučná pro živé systémy)
ˇschopnost rozmnožování (reprodukce): zajišťuje každému
druhu přežití, jedinec zemře, ale jeho potomci druh zachovávají
(mechanismus množení může být různý)
biologická zdatnost (fitness)
* dráždivost: schopnost reakce na vnější podněty (tuto
schopnost mají také některé neživé systémy) ­ třeba regulátor
ústředního topení
* dráždivost: schopnost reakce na vnější podněty (tuto schopnost mají také
některé neživé systémy) ­ třeba regulátor ústředního topení
* proměnlivost ­ aby se systém mohl vyvíjet (biologická evoluce), musí
obsahovat prvky, které mají schopnost se v čase měnit, vytvářet varianty.
u dnešních organismů se jako hlavní zdroj proměnlivosti uplatňují mutace, tj.
chyby vznikající zpravidla v průběhu přepisu genetické informace
množení živých organismů versus množení krystalů
pro biologickou evoluci je charakteristické vytváření účelných vlastností
vývojová proměnlivost (fylogeneze/ontogeneze)
proměnlivost vyvolaná vnějším prostředím
vnitřní proměnlivost
* dědičnost ­ změny, ke kterým může docházet
musí být dědičné (aby se organismus mohl vyvíjet)
dědičnost spočívá v kopírování genetické informace