Данная программа по дисциплине "Биология с основами экологии" предназначена для подготовки специалистов-химиков. Ее особенность состоит в фундаментальном характере изложения предмета, имеющего цель - сформировать у студентов биологическое мышление и целостное естественнонаучное мировоззрение.

Программа построена таким образом, что начало изложения, выходя из разделов физики и химии, ведет к пониманию сущности жизни, единства и многообразия живого на Земле, давая затем базу для понимания биологического и социального начал в человеке. Курс "Биология с основами экологии" в фундаментальном образовании специалистов может служить связующим звеном между естественнонаучными знаниями и гуманитарными. Вместе с тем, авторы программы ставили также перед собой задачу научить студентов грамотному восприятию практических проблем, связанных с биологией, в том числе - здоровьем человека, охраной природы, преодолением экологического кризиса, а также привить им навыки экологической культуры.

Программа включает три крупных раздела:

- живые системы (сущность жизни, уровни и принципы биоло-гической организации, многообразие живых организмов). Этот раздел связан в единое целое с курсами физики и химии и завершается представлениями об эволюции Земли;

- человек (человек как биологический вид; особенности физи-ологии; соматическое, психическое и социальное начала в природе человека; факторы здоровья и экологического риска, место человека в эволюции Земли);

- основы экологии ( биосфера, ее структура, динамика, ресурсы; природа и общество, глобальные экологические проблемы).

Содержание программы курса базируется на биолого-экологических знаниях, заложенных в полном школьном курсе биологии, и раскрывает фундаментальные представления наук о жизни на более глубоком естественнонаучном и философском уровне, дает возможность рассмотреть основные понятия и законы биологии и экологии применительно к биологическим системам возрастающей сложности. Программа определяет общий объем знаний по биологии и экологии в соответствиии с государственными требованиями к содержанию блока общих естественнонаучных дисциплин.

Программа составлена таким образом, чтобы студенты получили целостное представление о мире живого и знания, необходимые для сохранения биосферы.

При составлении рабочих программ должны быть учтены будущие профессиональные интересы студентов в соответствии с особенностями вуза.

В рабочей программе следует предусмотреть элективные курсы, углубляющие фундаментальные научные знания предмета, дать предложения по оформлению самостоятельных работ по темам в виде рефератов или научных сообщений на семинарах. Самостоятельная работа студента может быть посвящена освоению теоретического материала и подготовке к семинарским занятиям.

Вузом могут быть предложены курсы по выбору студента:: экологическая культура человека, теория эволюций и современное естествознание, биоэтика, современная молекулярная биология, перспективы биотехнологии.

Практические занятия возможны в тех вузах, где есть кафедры или факультеты биологии, располагающие необходимыми средствами.. Данная программа и рекомендации дополнительной литературы, могут корректироваться преподавателями самих вузов.

1. Химия жизни. Элементарный состав живого вещества; различия косного и живого вещества по соотношению элементов. Основные типы биологически важных веществ (мономеры - олигомеры - полимеры): аминокислоты - пептиды - белки, моносахариды - олигосахариды - полисахариды, фосфаты, цианиды - пурины и пиримидины, нукле-иновые кислоты, липиды. Оптическая ассиметрия живого вещества.

Структура нуклеиновых кислот и принцип матричного синтеза как информационная основа наследственных свойств. Молекулярные ансамбли, их кооперативное поведение. Биологическое преобразование энергии. Биологические структуры, их самовоспроизведение, обмен веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Особенности химических реакций в живых системах. Законы термодинамики и биологические системы. Принципы ферментативного катализа. Белки: ферменты и молекулярные машины. Биосинтез белков. Генетический код.

2. Уровни организации живых систем. Молекулы и их ансамбли, клеточные органеллы, клетки, ткани и органы, организмы, популяции, сообщества, экосистемы, биосфера. Размеры, времена жизни, характерные связи, специфичные для каждого из уровней биологической организации.

3. Общие свойства живых систем. Структурная организация, динамическое состояние (неравновесные открытые системы); жизнь в потоке вещества, энергии, информации. Множественность и разнообразие структурных элементов. Эмерджентность живых систем. Индивидуальность, целостность и механизмы осуществления целостных реакций. Гомеостаз; способность к самообучению и саморегулированию. Иерархическая организация биологических систем, соподчинение регулирующих механизмов. Способность к самовоспроизведению. Свойства изменчиво-сти и наследственности как основа способности к развитию и эволюции. Фундаментальные принципы взаимоотношений биологических систем со средой их обитания. Проявления фундаментальных свойств живых систем на различных уровнях организации.

4. Клетки и организмы. Единство и разнообразие клеточных типов. Принципы структурной организации клеток и регуляция метаболизма. Структура и функции биомембран. Самовоспроизведение и специализация; клеточный цикл. Необходимые и избыточные функции клеток;принципы восприятия, хранения и передачи информации; осуществление целостной реакции, регуляция жизненных функций. Источники энергии и молекулярные механизмы ее преобразования в автотрофных и гетеротрофных клетках: Фотосинтез, дыхание, хемосинтез. Автотрофные одноклеточные организмы как создатели кисло-родной атмосферы Земли и родоначальники биосферы. Основные типы клеток: прокариотная - бактериальная и эукариотные - растительная и животная. Механизмы осуществления основных функций, динамическое состояние растительной и животной клетки. Современные методы изучения клеток. Организм как дискретная самовоспроизводящаяся структура, связанная обменными процессами со средой. Дифференциация и интеграция функций в организмах растений и животных. Системная организация. Обеспечение целостности и гомеостаза у растений и животных. Способность к самообучению и экстраполяции. Организм высших животных. Нервная и эндокринная системы как координаторы поведения и приспособления к среде. Языки и пути восприятия, хранения и передачи информации в организмах животных и растений. Молекулярные механизмы межклеточных взаимодействий. Иммунитет. Механизмы нейроэндокринной регуляции. Молекулярные основы дифференцировки; старение. Многообразие организмов.

5. Многообразие биологических видов - основа организации и устойчивости биосферы. Принципы систематики и таксономии. Методы установления биологического родства. Функциональные признаки биологической организации, определяющие разделение природы на царства. Типологические особенности представителей различных царств.

6. Разнообразие жизни на Земле. Макросистематика живых организмов. Прокариоты: бактерии, сине-зеленые, архебактерии. Вирусы как особая форма организации материи. Эукариоты: простейшие; грибы (оомикота, зигомикота, аскомикота, базидиомикота); растения (водоросли, мхи, споровые, голосеменные покрытосеменные); животные (губки, кишечнополостные, черви: плоские, круглые, кольчатые; членистоногие; моллюски; иглокожие; хордовые).

7. Сообщества. Трофические отношения между организмами. Продуценты, консументы, редуценты. Пищевые сети. Примеры организации сообществ организмов (биоценозов). Типы биологических отношений в сообществах: симбиоз, мутуализм, комменсализм, конкуренция, биотрофия. Конкуренция и сосуществование.

8. Экосистема и биосфера. Живое и биокосное вещество, их взаимопроникновение и перерождение в круговоротах вещества и энергии. Почва как биокосное тело. Динамическое состояние, факторы устойчивости экосистем. Функциональная целостность биосферы. Биосфера и космические циклы. Биологические ритмы. Необратимые изменения экосистем как следствие расхода ресурсов. Принципы мате-матического моделирования экосистем. Экологическое прогнозирование.

9. Индивидуальное и историческое развитие живых систем. Биология индивидуального развития: основные типы необратимых про-цессов развития - деление клеток, рост, морфогенез и дифференциация,- приводящие к воспроизведению сложного многоклеточного орга-низма из родительских воспроизводящих клеток. Биология размножения. Понятия "онтогенез" и "жизненный цикл". Проблема программы индивидуального развития. Элементы теории самоорганизации примени-тельно к индивидуальному развитию организмов. Биологическое время, биологический возраст. Теория "критических периодов" и причины возникновения аномалий; влияние естественных и антропоген-ных факторов среды на размножение организмов и возникновение патологий развития. (Разд. 9 может быть изложен после разд. 4, по желанию преподавателя).

10. Эволюция органического мира. Причины, механизмы и закономерности эволюции живых систем. Проблемы целесообразного устройства организмов, эволюционного прогресса, разнообразия биологических видов. Эволюционизм до Дарвина. Теории Ч.Дарвина, Э.Бауэра, С.Берга; современное понимание механизмов эволюции органического мира. Генетические обоснования эволюционных процессов. Философское прочтение биологических эволюционных теорий: естественнонаучная, эзотерическая и религиозная картина мира. Универсальный эволюционизм и синергетика. Биологические методы исследования эволюционных процессов. Эволюция биосферы. Представления о ноосфере: В.И. Вернадский, П.Тейяр де Шарден. Место человека в эволюции Земли.

1. Физиологические особенности организма человека. Системная организация и обеспечение основных жизненных функций у животных и человека. Центральная и вегетативная нервная система. Сенсорные системы. Гуморальная регуляция. Гормоны и физиологически активные вещества. Гомеостаз и защитные системы человека. Иммунитет, его молекулярные механизмы. Болезни иммунитета и качество среды обитания. Скрытые возможности человеческого организма, работоспо-собность и способы ее повышения. Стресс и тренировка. Адаптация. Здоровье и болезнь. Здоровое и патологическое потомство. Генетика человека. Факторы экологического риска: влияние на организм человека физических, химических, психологических факторов техногенной среды.

2. Психологическое и соматическое начала в человеке: личность и организм. Положение человека в системе животного мира. Биологическое и социальное в современной концепции человека. Физиологические факторы формирования психики и поведения, основные механизмы высшей нервной деятельности у животных и человека. Современные проблемы этологии. Рефлекс и доминанта. Потребности и мотивы деятельности. Память. Эмоции. Генетика поведения. Речь и мышление. Сознательное и бессознательное в психике человека. Общение и коммуникация, социальное поведение у животных и человека. Человек и творчество. Многообразие человеческих популяций. Психофизиологические типы (конституции). Личность и общество. Биологически обоснованные потребности. Биоэтика и решение социальных проблем. Понятие среды обитания человека и определение ее качества.

3. Периодизация индивидуальной жизни. Продолжительность жизни - "большие биологические часы". Основные периоды жизни человека и их особенности. Понятие о биоритмах человека и их связи с космическими циклами. Факторы здоровья и долголетия, биологический возраст. Смерть и ее биологический смысл.

4. Химическое окружение человека. Ферментные системы организма, регуляторы жизнедеятельности и вмешательство в систему регуляции извне: лекарственные, токсические, наркотические вещества.

1. Глобальный круговорот вещества и превращения энергии в природе. Динамическое равновесие газо- и водообмена. Роль живых организмов в биогеохимических циклах. Взаимодополнение растений и животных. Эффект "самоочищения". Преобразующее влияние живого на среду обитания.

2. Экосистемы. Понятие об экосистемах, их состав. Зависимость от среды обитания. Сбалансированность экосистемы. Потоки вещества и энергии. Продукция и биомасса. Функциональная организация экосистемы. Биотические, биокосные и абиотические блоки. Эффект дублиро-вания. Свойство "памяти". Пирамиды численности, продукции и биомас-сы. Пищевые цепи и сети. Вертикальные и горизонтальные связи, границы, ярусность, мозаичность. Экотоны. Динамика экосистем: флуктации, сукцессии и их типы. Устойчивость и эволюция экосистем. Разнооб-разие экосистем, их основные типы в связи с типологией почв и ландшафтов. Климатические зоны и биомы.

3. Биоразнообразие. Разнообразие видов, соответствующее различиям условий существования. Лимитирующие факторы. Структура вида. Понятие ареала вида. Популяции, их генофонд. Динамическое равновесие численности популяций, их взаимодействие. Видообразование. Темпы видообразования и вымирания видов. Условия устойчивого существования популяций. "Волны жизни". Последствия сокращения видового разнообразия.

4. Биосфера. Структура биосферы, ее функциональная целостность. Роль массовых и малочисленных видов в обеспечении устойчивости биосферы. Эффект задержки ответной реакции. Возможен ли коллапс биосферы?

5. Антропогенное воздействие на природу. Прямое уничтожение. Изменение среды обитания. Перераспределение веществ. Воздей-ствие на биогеохимические циклы. Производство новых веществ. Экологическое значение процессов загрязнения природы, сокращения естественных экосистем, перенаселения, урбанизации. Проблемы интенсифи-кации сельского хозяйства. Возможные последствия потепления климата.

6. Экологические принципы рационального природопользова-ния. Сохранение биоразнообразия. Сохранение естественных экосистем. Создание сети, навечно изъятых из хозяйственного использования территорий и акваторий. Сохранение пространственных связей между резерватами. Ограничение массового производства загрязняющих веществ. Ограничение энергозатрат. Поощрение мер по планированию семьи. Что может отдельный человек сделать для сохранения природы.

7. Глобальный экологический кризис и региональные кризисные ситуации. Использование огня и освоение залежей ископаемого топлива - ключевые этапы в истории воздействия человека на биосферу. Сжигание органического топлива как источник углекислого газа в атмосфере и причина возникновения "парникового эффекта", потепление климата Земли, опасность таяния ледников и повышения уровня мирового океана. Мероприятия по предотвращению этих процессов. Кислотные дожди и закисление почв. Опасность кислотных дождей для растительного покрова. "Озоновая дыра", причины ее возникновения, опасность жесткого ультрафиолетового излучения и других лучевых космических факторов для здоровья человека. Влияние на гомеостаз и воспроизведение растений, животных и микроорганизмов. Возможности предотвращения дальнейшего разрушения озонового слоя. Демографический взрыв и проблемы ресурсов биосферы, возможности предотвращения истощения энергетических и трофических ресурсов. Радиоактивное загрязнение. Химические техногенные загрязнения, их виды. Проблемы утилизации бытовых и промышленных отходов. Перспективы и принципы создания технологий, не разрушающих приро-ду. Экологическая экспертиза, мониторинг и прогнозирование. Сценарии будущего человечества. Принципы экоразвития.

Основные концепции, законы и перспективы развития биологии. Биотехнология. Генная, клеточная, эмбриональная инженерия. Проблемы искусственной репродукции растений, животных и человека. Концепция биоэтики и парадигма биоцентризма как основы перестройки взаимоотношений природы и общества.

1. Биологические науки как связующее звено естественнонаучного и гуманитарного знания. Биологическая культура и жизнь современного человека.

2. Живое и неживое. фундаментальные свойства, уровни организации и функции живых систем. Химия и физика жизни. Живые системы в потоке вещества, энергии и информации.

3. Биология клетки.

4. Единство и разнообразие клеточных типов.

5. Биология организма. Разделение и интеграция функций.

6. Многообразие организмов. Взаимоотношение организма и среды.

7. Многообразие биологических видов. Принципы классификации.

8. Разнообразие жизни наЗемле.

9. Сообщества.

10. Экосистемы и биосфера.

11. Воспроизведение и индивидуальное развитие.

12. Законы генетики и биологическая эволюция.

13. История жизни на Земле.

14. Человек как биологический вид. Основы физиологии человека.

15. Системная организация и обеспечение основных жизненных функций у животных и человека.

16. Организм как целое. Нервная и эндокринная регуляция.

17. Организм и личность: психическое и соматическое начала в человеке. Психофизиология и социальное поведение у животных и человека.

18. Биологически обоснованные потребности человека. Биоэтика.

19. Здоровье и болезнь. Возможности и пределы адаптации.

20. Воспроизведение человеческой популяции: генетика и периоды онтогенеза человека.

21. Экология человека.

22. Круговорот вещества и превращение энергии в природе.

23. Экосистемы (структура, динамика, пределы устойчивости).

24. Биоразнообразие и разнообразие условий жизни.

25. Биосфера, ее эволюция.

26. Антропогенное воздействие на природу.

27. Рациональное природопользование, охрана природы.

28. Экологический кризис и пути его преодоления.

29. Возможности и принципы создания технологий, не нарушаю-щих природу.

30. Основные концепции, законы и перспективы развития биологии.

Заключение

Приведенная тематика лекций и их число могут быть изменены при составлении рабочей программы в соответствии с конкретным направлением.

ПРИМЕРНЫЕ ВОПРОСЫ
для самостоятельной работы студентов
и обсуждения их на семинарских занятиях

1. Назовите фундаментальные особенности живого. Что такое "живые системы"? Какие принципы физики и кибернетики лежат в основе устройства живых систем?

2. На базе каких химических свойств биологических молекул (назовите виды этих молекул) осуществляется самовоспроизведение биологических структур и биологическое узнавание? Попробуйте обосновать гипотезу о физико-химических этапах эволюционного процесса на пути возникновения жизни на Земле.

3. Перечислите основные функции живых систем. Каким образом эти функции осуществляются на клеточном уровне? Сформулируйте понятия "гомеостаз", "метаболизм", "саморегуляция" и проиллюстрируйте их на примере животной и растительной клетки. Каким образом, по Вашим представлениям, прокариотические и эукариотические клетки осуществляют целостные реакции на изменения среды?

4. Перечислите уровни биологической организации. Раскройте понятие "организм". Каким образом осуществляется гомеостатическая регуляция у высших растений и у высших животных? Приведите примеры системной организации у различных организмов, перечислите типы клеток и тканей, участвующих в построении их основных органов и систем, раскройте современные представления об интеграции их функций.

5. Сформулируйте понятие "план строения" и обоснуйте связи между планами строения и особенностями физиологии (функционирования) на примере бактерий, простейших, грибов, растений и животных. Могут ли организмы какого-либо вида существовать исключительно среди себе подобных? Изложите и обоснуйте ваши представления о сущности биологического многообразия и его роли в развитии жизни на Земле. Раскройте понятие биологического многообразия применительно к различным уровням организации живого.

6. Сформулируйте основные принципы систематики и таксономии. Какие таксономические системы Вам известны? Объясните связь между систематикой и эволюционной теорией.

7. Проиллюстрируйте проявления фундаментальных свойств живых систем - наследственности и изменчивости - на различных уровнях биологической организации. Что такое генетический код? Попытайтесь проследить путь от гена до признака организма на каком-либо примере. Что такое генотип и генофонд? Используя понятия о генофонде и мутагенезе, попробуйте обосновать положения современной теории эволюции.

8. Какие теории эволюции Вам известны? Раскройте их основные положения.

9. Каковы возможности и перспективы развития биотехнологии в сфере народного хозяйства и медицины? Если бы Вам пришлось принимать решение о финансировании какого-либо биотехнологического производства, какие доводы "за" и "против" имели бы для Вас значение (экономическая эффективность, потенциальные опасности для здоровья человека, энергоемкость, возможность безотходных технологий и т.п.), приведите примеры.

10. Расскажите об особенностях биологического вида Homo sapiens. Назовите признаки родства человека и животных. Какие особенности человека отличают его от животных? Объясните, каким образом осуществляются у человека основные функции организма и каковы механизмы их регуляции и интеграции в целостных реакциях. Сформулируйте понятия "личность" и "биологическая индивидуальность". Раскройте связи таких характеристик человека, как "психофизиоло-гический тип" и "конституция". Чем определяется полиморфизм и полити-пия человеческой популяции?

11. Расскажите о физиологических основах сохранения жизнеспособности и здоровья человека, об основных типах патологичес-ких состояний и их предупреждении. Сформулируйте основные принципы сохранения здорового генофонда человеческой популяции, условия рождения и развития здорового потомства, назовите основные факторы риска. Какие черты общественного устройства, по-вашему мнению, могут способствовать сохранению жизни на Земле и расцвету человеческой популяции? Попробуйте с биологической точки зрения на примере семьи, села, города спланировать условия здорового образа жизни.

12. Попробуйте обрисовать управляющий контур, связывающий в единое целое космические и биосферные явления и жизнедеятельность человека. Изложите известные Вам научные данные и Ваши представления о месте человека в эволюции Земли. Что такое ноосфера, каковы различные трактовки этого понятия?

13. Изложите современные представления о структуре и эволюции биосферы, соподчинения и взаимосвязи элементов в экосистемах Какие виды биологических взаимоотношений Вы знаете? Объясните роль биологического многообразия в устойчивости экосистем. Каким образом живое на Земле участвует в геофизических и геохимических процессах? Назовите основные принципы природопользования. Попробуйте сплани-ровать для Вашего региона мероприятия по охране природы.

14. Назовите биологические, медицинские и социальные аспекты взаимодействия человека со средой его обитания. Какие потребности и права человека Вы могли бы обосновать с биологической точки зрения?

15. Изложите основные концепции и законы современной био-логии. Попробуйте проследить изменения биологического мировоззрения в связи с методологическими достижениями науки. Дайте примеры изменений в биосферных процессах и в жизни человека, связанных с успехами биологических наук.

ЛИТЕРАТУРА
Основная

Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология: В 3 т. М.: Мир, 1990. Т. 1-3.

Кемп Б., Армс К. Введение в биологию. М.: Мир, 1986.

Либберт Э. Общая биология. М.: Мир, 1962.

Мамонтов С.Г. Биология. М.: Высш. шк., 1994.

Северцов А.С. Направленность эволюции. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1990.

Дополнительная
Гусев М.В. От антропоцентризма биоцентризму // Вестн. Моск. ун-та, 1991. Сер. 7, Философия. С. 71.

Гумилев Л.Н. Этногенез и биосфера Земли. Л., 1989.

Ичас М. О природе живого: механизмы и смысл. М.: Мир, 1994.

Казначеев В.П. Очерки теории и практики экологии человека. М.: 1933.

Медников Б.М. Дарвинизм в ХХ веке. М., 1975.

Реймерс Н.Ф. Экология. М.: Россия молодая, 1994.

Хрисанфова Е.Н., Перевозчиков И.В. Антропология. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991.

Шарден П.Т. де. Феномен человека. М.: Мир, 1987.

Яблоков А.В., Юсуфов А.Г. Эволюционное учение. М.: Высш.шк., 1988.

А.С. Батуев, проф. (Санк-Петербургский государственный университет),
Н.Н. Марфенин, проф.;
О.П. Мелехова, ст. науч. сотр.;
Г.С. Сухова, доц.

(Московский государственный университет)