История | РГАУ-МСХА
Развитие высшей школы предполагает единство учебного процесса и активной научной деятельности коллективов кафедр и лабораторий вуза. Блестящим примером этого является педагогическая и научная работа в стенах нашей академии (1870–1892) основателя отечественной физиологии растений К.А. Тимирязева, опубликовавшего в этот период около 60 трудов, вошедших впоследствии в его книги «Жизнь растения», «Солнце, жизнь и хлорофилл», «Земледелие и физиология растений», определившие основные направления развития физиологии растений как науки и учебной дисциплины в РГАУ-МСХА.
С момента образовании академии здесь стала складываться школа физиологов растений, представителей науки, которая играет важную роль в развитии исследований особенностей жизнедеятельности растительного организма и в естественно-научной подготовке ученых-агрономов. Организатор и первый директор Петровки профессор Н.И. Железнов не только положил начало отечественным исследованиям в этой области, но и, по отзывам современников, блестяще читал избранные главы физиологии растений.
Впоследствии на этом направлении его сменил профессор ботаники и физиологии растений Н.Н.Кауфман.
С 1870 года курс физиологии растений в академии читал К.А. Тимирязев. Здесь им были подготовлены магистерская и докторская диссертации, посвященные спектральному анализу хлорофилла и усвоению света растениями; сконструировано много приборов для изучения процесса фотосинтеза. Работая на кафедре более 20 лет, К.А. Тимирязев написал около 60 научных статей, которые позже вошли в сборники “Солнце, жизнь и хлорофилл”, “Земледелие и физиология растений”, создал широко известную книгу “Жизнь растений”. Отмечая роль науки, в развитии сельскохозяйственного производства, К.А. Тимирязев говорил, что “земледелие стало тем, что оно есть, только благодаря агрономической химии и физиологии растений”. В 1896 году, построенный по проекту К.А. Тимирязева, первый в России вегетационный домик демонстрировался на Нижегородской выставке. Этот домик впоследствии был подарен Климентом Аркадьевичем его ученику Д.
Н. Прянишникову. После вынужденного ухода К.А. Тимирязева из Петровки, Д.Н. Прянишников ввел курс “Учение об удобрении”, в котором рассматривался комплекс вопросов, связанных с питанием растений. Д.Н. Прянишников, продолжая дело своего учителя, стремился развивать в растениеводстве физиологическое направление.
Ученики К.А. Тимирязева – Д.Н. Прянишников, Е.Ф. Вотчал, В.И. Палладин и другие своими исследованиями поставили физиологию растений на службу народному хозяйству. Работы Д.Н. Прянишникова и П.С. Коссовича положили начало отечественной агрохимии. В.И. Палладин и В.С. Буткевич создали биохимическое направление физиологии растений, определившее совершенствование технологических процессов пищевой промышленности. Тысячи учеников Тимирязева были рассеяны по всей России. Из его лаборатории в Петровской академии и в Московском университете вышли ряд крупных физиологов и агрономов с физиологическим уклоном. Среди профессоров академии – преемников К.А. Тимирязева мировую известность имеют ботаники С.
И. Ростовцев, П.М. Жуковский, В.И. Талиев; физиологи Н.А. Максимов, И.И. Гунар; микробиологи Н.Н. Худяков, В.С. Буткевич, М.В. Федоров, Е.Н. Мишустин.
С 1896 по 1942 год кафедрой микробиологии и физиологии растений заведовали крупнейшие микробиологи страны профессора Н.Н. Худяков и В.С. Буткевич. В 1943 году заведующим кафедрой стал основоположник экологической физиологии растений академик Н.А. Максимов. Среди агрономов и физиологов растений широко известны труды Н.А. Максимова по засухоустойчивости и морозоустойчивости растений, физиологическим основам орошения, применению регуляторов роста в растениеводстве. В 8-летний период его деятельности на кафедре развернулись исследования по светокультуре растений, природе действия регуляторов роста, водному обмену растений. Эти работы имели большое теоретическое и практическое значение. Преподавателями кафедры в этот период были А.Л. Курсанов, А.А. Гуревич, Л.В. Можаева, А.М. Геллерман. Под руководством Н.А. Максимова проводилась большая работа по становлению практикума по физиологии растений.
Некоторые лабораторные задачи, разработанные А.А. Гуревичем, и сейчас используются в практикумах сельскохозяйственных ВУЗов страны. Учебник Н.А. Максимова “Краткий курс физиологии растений” выдержал 10 изданий, переведен на многие языки мира и до сих пор остается эталоном доступного изложения теоритических основ агрономичесикх знаний.
Как самостоятельная структурная единица академии кафедра физиологии растений функционирует с 1950 г. после разделения кафедры физиологии растений и микробиологии. Заведующим кафедрой физиологии растений был назначен ученик Д.Н. Прянишникова, лауреат Государственной премии Иван Исидорович Гунар. В качестве экспериментальной базы кафедре была передана лаборатория искусственного климата, совершеннейший по тому времени научный комплекс.
Главное направление научных работ в 1950-х – 1970-х годах – разработка теоретических вопросов управления обменом веществ, ростом и развитием растений с помощью контролируемых изменений света, тепла, влаги, питания и применения веществ высокой физиологической активности.
В разработке отдельных вопросов принимали творческое участие сотрудники кафедры и лаборатории Я.М. Гелерман, А.А. Гуревич, В.Г. Земский, М.И. Калинкевич, Е.Е. Крастина, В.М. Леман, М.В. Моторина, А.Е. Петров-Спиридонов, В.В. Рачинский, Л.В. Можаева, Н.И. Якушкина и др., в последующие годы успешно развивавшие научные направления, обозначенные трудами К.А. Тимирязева, Д.Н. Прянишникова, Н.А. Максимова. Исходя из сформулированных И.И. Гунаром (1952) представлений о наличии у растений сложной регуляторной системы и принципов её функционирования, было развернуто изучение ответных реакций тканей и органов растения на воздействие разнообразных физических и химических факторов, ритмичности физиологических процессов, роли распространяющегося электрического возбуждения в координации отдельных функций в целом организме и, наконец, пространственной и временной организации деятельности листового аппарата. Эти направления сохранились в тематике кафедры и лаборатории и в настоящее время. Проблема «Физиологические элементы регуляторной системы растений», выдвинутая И.
И. Гунаром, является одной из основных в современной физиологии растений. Подтверждение этому – докторские диссертации, где обобщены результаты исследований физиологов кафедры: А.А. Гуревич – «Использование биохимического процесса водорода в растении в связи с дыханием и фотосинтезом» (1952), П.С. Беликов – «Образование и накопление каучука у кок-сагыза» (1954), Е.Е. Крастина – «Ритмичность физиологических процессов у растений» (1965), В.М. Леман – «Выращивание растений при искусственном освещении» (1965), А.Е. Петров-Спиридонов – «Функциональная роль ионов калия и кальция в процессах жизнедеятельности растений» (1970).
Многолетние, тщательно и изящно проведенные исследования (И.И. Гунар, Л.А. Паничкин, К.И. Каменская и др.), четко показавшие, что раздражимость и деятельность регуляторной системы растений тесно связана с электрическими явлениями, положили начало новому направлению в физиологии – электрофизиологии растений. В лаборатории искусственного климата с момента ее открытия велись фундаментальные и прикладные исследования в области светокультуры растений (В.
М. Леман, О.С. Фанталов, Е.Е. Крастина и др.), инициатором которых был Н.А. Максимов. Разработанные на основе исследований лаборатории рекомендации по светокультуре и изданный учебник способствовали тому, что она стала новым высокоэффективным агрономическим приемом, позволившим значительно интенсифицировать производство в защищенном грунте.
Под руководством П.С. Беликова с использованием оригинальных методических подходов изучены механизмы регуляции фотосинтеза (М.В. Моторина и др.), ответные реакции растений на повреждающие воздействия (Т.В. Кирилова и др.). Внимание физиологической общественности привлекли пионерские работы по ритмичности физиологических процессов (Е.Е. Крастина, А.Е. Петров-Спиридонов, А.С. Лосева и др.), по изучению внутренних механизмов и факторов, определяющих корневое давление растений (Л.В. Моторина, Н.В. Пильщикова), ярусной изменчивости физиологических свойств листьев растений (В.Г. Земский).
С середины 1970-х годов, наряду с продолжением и углублением традиционных направлений научных исследований, появились и новые.
В частности, центр тяжести был перенесен на изучение физиологических слагаемых продукционного процесса, выявление путей их регуляции на организменном и ценотическом уровнях, донорно-акцепторных отношений, складывающихся между отдельными частями растений в течение онтогенеза, реакции различных генотипов растений на изменение экологических факторов среды, адаптивных потенциалов сортов и гибридов, представляющих интерес для селекции и производства. Значительное развитие получили физиологические исследования сотрудников и аспирантов кафедры и лаборатории в полевых условиях и в сельскохозяйственном производстве в плане изучения продукционного процесса и разработки физиологических основ программирования продуктивности ряда зерновых и кормовых культур, повышения устойчивости урожаев (Н.Н. Третьяков, М.Н. Кондратьев, Е.И. Кошкин, Ю.Х. Шогенов, О.Ф. Мирзаев, М.Р. Турдиев, Г.М. Комашко, Е.Ф. Бизяев, Т.Г. Самойленко, В.А. Шевченко, А.Ф. Яковлев, И.В. Пичугина, А.В. Гавадзюк, Д.В. Кузякин, Н.М. Клочкова, М.
С. Синявин, И.Е. Павлова, С.Ю. Луговицин, Ю.И. Силютина, Н.Н. Немеджанова). Кафедра организовала филиал и руководила комплексными исследованиями ряда кафедр академии по оптимизации кормовой базы животноводческих комплексов на примере совхоза «Вороново» Подольского района Московской области. В условиях комплекса проводили физиологические исследования ряд сотрудников и аспирантов кафедры и лаборатории (Н.Н. Третьяков, Г.С. Гусев, В.С. Титов, С.А. Ишутин, А.Ф. Яковлев, В.В. Гомер, В.В. Тропман, И.С. Бондарь, В.Н. Осипов, М.Ф. Костюкович). В результате исследований определены физиологические параметры посевов, обеспечивающие урожаи кукурузы 60-140 т зеленой массы и 5,0-12,0 т зерна с гектара, корнеплодов кормовой свеклы 80-140 т, зеленой массы многолетних трав – 50-60 т, зерна озимой пшеницы и ячменя – 4,5-6,0 т. Разработаны методические указания, получены новые данные по частной физиологии этих культур. На базе филиала кафедры прошли практику десятки студентов академии.
В 1980-е годы кафедра проводила углубленные исследования взаимосвязи, регуляции и саморегуляции физиологических функций растений на организменном и ценотическом уровнях у генотипов с.
-х. культур с разной экологической пластичностью и продуктивностью. Важным направлением исследований было изучение различных сторон фотосинтетической деятельности с.-х. культур при разной облученности, спектральном составе света, загущенности ценозов, обеспеченности теплом, водой и азотом, изучалась энергоемкость симбиотической азотофиксации (Н.Н. Третьяков, Е.И. Кошкин, М.В. Моторина, Э.Н. Аканов, Г.Ф. Бизяев, С.М. Нестерова, И.В. Станчева, И.Е. Павлова, А.Ф. Яковлев, Л.В. Савич, Г.Г. Гусейнов, А.В. Гавадзюк, Н.М. Клочкова, В.А. Шевченко). Для выполнения работ по изучению СО2 – газообмену и Н2О-обмену отдельных растений, макро- и микроценозов, а также для параллельной регистрации СО2-обмена надземной массы и корней растений были созданы оригинальные газометрические установки, позволяющие вести исследования в контролируемых и естественных (полевых) условиях. Результаты исследований углубляют представление о взаимосвязи и стехиометрии как отдельных реакций фотосинтеза, так фотосинтеза и дыхания, углеродного и азотного метаболизма растений, они важны для выявления общих закономерностей трансформации энергии, для построения математических моделей продукционного процесса и вносят определенный вклад в частную физиологию ряда с.
-х. культур. Часть этих исследований обобщена в докторской диссертации Е.И. Кошкина «Взаимосвязь углеводного и азотного метаболизма как один из факторов регуляции продукционного процесса растений» (1992).
Важное место занималоизучение вопросов экзогенной и эндогенной регуляции поглощения, распределения, ассимиляции и реутилизации азота в онтогенезе растений как основы рационального использования азотных удобрений и производства экологически чистой продукции (Н.Н. Третьяков, М.Н. Кондратьев, Е.Е. Крастина, Е.И. Кошкин, Е.Г. Химина, О.Н. Аладина, С. Уддин Буйя, Т.Г. Самойленко, М.Ф. Костюкович, О.И. Танцова, С.А. Варфоломеев, И.В. Пичугина, И.А. Рыбак, Н.П. Корсункина). Получены новые данные о пространственно-временной организации отдельных процессов азотного обмена ряда с.-х. культур в системе «корень – побег», формах накопления азота в органах растения в стрессовых условиях, активности «протеаз старения» в образовании пулов ремобилизуемого азота; о ритмике отдельных звеньев азотного обмена растений при действии экстремальных факторов, особенностях поглощения и метаболизма нитратных и аммонийных форм азота, которые важны для понимания связей между азотным питанием и физиологическими составляющими продукционного процесса растений.
Основные итоги этого раздела исследований обобщены в докторской диссертации М.Н. Кондратьева «Временная и пространственная регуляция азотного обмена у растений на организменном уровне» (1990).
Получили дальнейшее развитие исследования по электрофизиологии растений, в частности изучение изменения электрических характеристик растений при действии на организм различных экстремальных факторов среды, показана возможность их использования для диагностики физиологического состояния растений (Н.Н. Третьяков, К.И. Каменская, Ю.Х. Шогенов, Султан Уддин Буйя, В.В. Гомер, В.А. Шевченко, А.Ф. Яковлев, Г.Г. Гусейнов, Абдель Хаким Юнис Юсеф Аллам). На основе выполненных ранее на кафедре физиологии, а позднее в лаборатории биофизики исследований Л.А. Паничкиным защищена докторская диссертация «Биоэлектрическая активность клеток, тканей и органов растений как показатель его функционального состояния и генотипических особенностей» (1990).
Выяснение регуляторной роли биопотенциалов у растений при действии неблагоприятных факторов среды (низкая влажность почвы, пониженная температура и освещенность, клиностатирование растений) инициировало на кафедре исследования по электростимуляции контактным способом, показавшие возможность практического использования этого воздействия в тепличных комплексах (Н.
Н. Третьяков, К.И. Каменская, Ю.Х. Шогенов). Продолжение начатых на кафедре в эти годы исследований позволило позднее Ю.Х. Шогенову защитить докторскую диссертацию «Управление адаптацией растений низкоэнергетическими электрическими потенциалами» (1999). Авторство на предложенные методы защищено авторскими свидетельствами. Разработанные на кафедре приемы электростимуляции использованы в современных исследованиях с кафедрами плодоводства (В.И. Деменко), фитопатологии (В.А. Шмыгля) по микроклональному размножению плодово-ягодных культур и картофеля. Предложены практические приемы повышения адаптационных свойств растений, повышения их продуктивности с помощью экзогенного электрического воздействия (Н.Н. Третьяков, К.И. Каменская, В.И. Деменко, В.А. Шмыгля).
В 1980-1990 гг. большое внимание в научно-исследовательской работе кафедры уделялось проблеме устойчивости растений к действию абиотических факторов среды, изучению адаптивных процессов: реакции листьев растений на кратковременное обезвоживание в зависимости от их возраста и функционального состояния, некоторым аспектам активного поглощения воды корнями, адаптации растений к недостатку кислорода, вымоканию, засолению, применению синтетических регуляторов роста и развития для повышения устойчивости растений к воздействию неблагоприятных факторов среды (Н.
Н. Третьяков, Т.В. Карнаухова, А.Е. Петров-Спиридонов, А.Ф. Яковлев, В.Г. Земский, Н.В. Пильщикова, В.В. Гомер, А.Ф. Гаркавенкова, В.А. Шевченко, Абдель Хаким Юнис Юсеф Аллам, П.С. Бондарь). Объектом исследований была и корнеобитаемая среда, агрофизические параметры почвы, в частности, изучали влияние её условий на анатомо-морфологические свойства, функциональную активность корневых систем и продуктивность кукурузы, картофеля и ячменя. Разработана камера механического давления, позволяющая создавать необходимые величины объемной массы и имитирующая таким образом уплотнение и разуплотнение субстрата в различные периоды роста растений. Предложен метод оценки семян с.-х. культур по силе роста (камера высокого давления), который позволяет прогнозировать устойчивость растений к давлению корнеобитаемой среды (Н.Н. Третьяков, В.А. Шевченко, А.Д. Сечкин).
В этот период также началось широкомасштабное изучение фотопериодической регуляции роста и развития у растений разного географического происхождения в связи с задачами семеноводства и селекции для определения эффективных методов оценки генетического материала по уровню фотопериодической чувствительности (И.
Г. Тараканов, Е.Е. Крастина). Изучены экологические особенности фотопериодической регуляции роста и развития у представителей ряда видов овощных растений (огурец, горчица сарептская, пекинская капуста, репчатый лук, укроп и др.). С использованием материалов генетических коллекций на примере генотипов разного географического происхождения показано, что уровень фотопериодической чувствительности растений определяется наряду с критической длиной дня такими показателями, как продолжительность ювенильного периода и реакция на слабый сумеречный свет. Исследована норма реакции у широкого спектра генотипов разного географического происхождения показано приспособительное значение фотопериодической реакции у экотипов из районов с разной сезонной ритмикой изменения климатических показателей, в частности, у тропических, субтропических и высокоширотных сортообразцов лука репчатого (И.Г. Тараканов, Е.Е. Крастина, Л.А. Гриценко, С. Мамаду, С. Сарати, В.И. Штепу, Б. Балло, Н. Ансари, Р. Тесфайе, А.Б. Малхасян).
Определены световые режимы (анализирующие фоны), позволяющие дифференцировать генотипы по уровню фотопериодической чувствительности, а также отбирать генотипы с нужными свойствами внутри сортовых популяций. Использование этих методических подходов позволяет существенно повысить эффективность селекционного процесса. В частности, на этой основе было создано два новых сорта овощных культур, а также получен исходный материал для селекции репчатого лука. При изучении с использованием методов хромато-масс-спектрометрии особенностей гормональной регуляции морфогенеза у генотипов репчатого лука с разным уровнем фотопериодической чувствительности и потребности в яровизации установлена важная роль гиббереллинов (физиологически активные формы ГА1 и ГА4) и абсцизовой кислоты, а также биохимических вилок в путях их биосинтеза (совместные исследования И.Г.Тараканова с Л.Х.В. ван дер Пласом и Э. Вермеером). Показано также, что у ряда тропических генотипов в отсутствие яровизирующего комплекса переход в состояние покоя или к генеративному развитию регулируется длиной дня.
В рамках исследования фотопериодической индукции и синдрома избегания затенения у луковичных геофитов и эпикотильных растений с участием фоторецепторной фитохромной системы (в том числе при моделировании ценотических условий путем варьирования отношения красного и дальнего красного света в спектре излучения облучателей) показано, что на уровне пула гиббереллинов канализируются сигналы, обеспечивающие сходные морфогенетические ответные реакции растений. Данные реакции лежат в основе адаптивных стратегий разных биоморф (И.Г. Тараканов, К.Б. Игнатов, Ван Цзюньхун, А.И. Довганюк). Наряду с теоретическим значением результаты этих исследований находят применение в разработке режимов досвечивания и спектральных характеристик облучателей в светокультуре растений. Основные результаты этого направления исследований обобщены в докторской диссертации И.Г.Тараканова «Фоторегуляция в адаптивных стратегиях овощных растений» (2007).
В целом научная работа кафедры физиологии была тесно увязана с практическими разработками, что позволяло коллективу участвовать в совместных исследованиях с технологическими кафедрами (растениеводства, земледелия, овощеводства, плодоводства, фитопатологии, биотехнологии) через совместное руководство подготовкой аспирантов и дипломников, а также с институтами Академии наук и РАСХН.
В результате широкого спектра исследований в этот период получен обширный и оригинальный экспериментальный материал об общих закономерностях функциональных проявлений с.-х. культур в разных условиях произрастания и выявлены новые перспективные направления для дальнейшей работы физиологов академии.
После распада СССР резко сократилось финансирование вузовской науки и объем проводимых на кафедре исследований. Начиная с 1991 г., научная работа на кафедре проводилась по теме «Разработка методических подходов к комплексной физиологической оценке составляющих адаптационного потенциала с.-х. культур для целей селекции и растениеводства». Мотивация формулировки темы определилась переносом стратегии растениеводства на устойчивость биологических систем, продукционного процесса. В то же время кафедра сохранила традиционные направления тематики исследований, методическое обеспечение. Ряд научных работ выполнен объединенными усилиями кафедры физиологии, сотрудниками ИФР РАН, РУДН, ВИУА, ВНИИСХБ в рамках программы «Интеграция» по теме «Исследование механизмов адаптации важнейших с.
-х. культур к действию экстремальных абиотических факторов различной физической природы с целью идентификации молекулярных и биохимических критериев стресс-толерантности». Результаты этих исследований представлены в научных статьях, кандидатских диссертациях.
Как уже отмечалось, объектами физиологических исследований кафедры во все периоды её существования являлись основные сельскохозяйственные растения России, что позволило существенно пополнить сведения по их физиологии. Эти данные отражены в учебниках и методических пособиях, подготовленных сотрудниками кафедры, легли в основу учебных курсов, читаемых в сельскохозяйственных вузах России. Опубликованы 3-е и 4-е издание «Практикума по физиологии растений» под ред. Н.Н. Третьякова (1993, 2003), два издания учебника «Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений» под ред. Н.Н. Третьякова (1988, 2005), «Частная физиология растений» под ред. Е.И. Кошкина (2005). «Физиология устойчивости сельскохозяйственных культур» (2010), «Физиологические основы селекции растений» (2015) Е.
И. Кошкина, «Физиология древесных растений» М.Н. Кондратьева, Ю.С. Лариковой и другие учебно-методические издания.
Физиологи растений Тимирязевки в научной и педагогической деятельности всегда следовали известному положению К.А. Тимирязева о том, что задача физиологии растений как теоретической науки состоит не в пассивном следовании запросам практики, а в проникновении в сущность жизненных явлений растительного организма, прокладывании пути к получению высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур как теоретической основе рационального земледелия.
Сущность жизни и свойства живого
Вспомните!
1. Каково происхождение названия науки биологии?
Биология – греч. βιολογία; от др.-греч. βίος — жизнь + λόγος — учение, наука
2. Что вам известно о свойствах и сущности жизни?
– Химический состав
– Обмен веществ и энергии
– Гомеостаз
– Самовоспроизведение
– Рост и развитие
– Открытость
– Дискретность
– Раздражимость
Вопросы для повторения и задания
1.
Что такое жизнь? Попытайтесь дать своё определение.
Жизнь как явление природы — величайшая загадка, которую человечество пытается решить уже многие тысячи лет.
Жизнь – это определенный набор химических элементов, образующих основные органические вещества – белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, которые поддерживают основные свойства организмов.
2. Назовите основные свойства живой материи.
– Единство элементного химического состава
– Единство биохимического состава
– Дискретность и целостность
– Метаболизм
– Саморегуляция
– Открытость
– Размножение
– Наследственность и изменчивость
– Рост и развитие
– Филогенез
– Разражимость и движение
– Ритмичность
3. Объясните, в чём, по вашему мнению, заключаются принципиальные различия обмена веществами в неживой природе и у живых организмов.
Обмен веществом и энергией с окружающей средой: живые существа питаются, на этом основан пластический и энергетический обмен, поддерживают постоянство внутренней среды — гомеостаз и выделяют продукты жизнедеятельности в окружающую среду. При небиологическом круговороте веществ они просто переносятся с одного места на другое или меняется их агрегатное состояние: например, смыв почвы, превращение воды в пар или лед.
4. Каким образом связаны наследственность, изменчивость и репродукция в обеспечении жизни на Земле?
Репродукция или размножение — это способность организмов воспроизводить себе подобных. В основе воспроизведения лежат реакции матричного синтеза, т. е. образование новых молекул и структур на основе информации, заложенной в последовательности нуклеотидов ДНК. Это свойство обеспечивает непрерывность жизни и преемственность поколений. Наследственность — способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение.
5. Дайте определение понятия «развитие». Какие формы развития вы знаете?
Развитие – это преобразование организмов с течением времени, переход из одного состояния в другой более качественный.
– Индивидуальное развитие, или онтогенез, — развитие живого организма от зарождения до момента смерти. В процессе онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организма.
В основе этого лежит поэтапная реализация наследственных программ. Индивидуальное развитие обычно сопровождается ростом.
– Историческое развитие, или филогенез, — необратимое направленное развитие живой природы, сопровождающееся образованием новых видов и прогрессивным усложнением жизни.
6. Вспомните из курса биологии животных, чем отличаются прямое и непрямое развитие.
Непрямое развитие — развитие, при котором из яйцевых оболочек появляется особь, внешне, образом жизни и питания непохожая на взрослые организмы и неспособная к размножению. Зрелости достигает в результате одного или нескольких превращений (метаморфозов). Выделяют два типа непрямого развития: с полным и неполным метаморфозом. При неполном метаморфозе в развитии отсутствует какая-либо стадия. При полном метаморфозе наблюдаются стадии: выходящая из яйцевых оболочек личинка, куколка, взрослая особь (имаго).
Прямое развитие — развитие, при котором особь, вышедшая из яйцевых оболочек, отличается от взрослого организма только размерами и ведёт тот же образ жизни, что и взрослые особи.
7. Что такое раздражимость? Каково значение избирательной реакции организмов для их приспособления к условиям существования?
Раздражимость — это способность организма избирательно реагировать на внешние и внутренние воздействия, т. е. воспринимать раздражение и отвечать определённым образом. Ответную реакцию организма на раздражение, осуществляемую при участии нервной системы, называют рефлексом. Организмы, у которых отсутствует нервная система, отвечают на воздействие изменением характера движения или роста, например, листья растений поворачиваются к свету. Избирательность означает способность определенным образом реагировать на опреде¬ленные стимулы. Она является необходимым свойством всякого нормального поведения. В результате в одних условиях организмы ре¬ализуют пищевые рефлексы, а в других — брачное, родительское, оборонительное и мно¬гие другие типы поведения.
8. В чём значение ритмичности процессов жизнедеятельности? Приведите примеры ритмических процессов в растительном и животном мире.
Суточные и сезонные ритмы направлены на приспособление организмов к меняющимся условиям существования. Наиболее известным ритмическим процессом в природе является чередование периодов сна и бодрствования. Некоторые отдельные свойства, рассмотренные нами, могут встречаться и в неживой природе — сталактиты растут, вода в реке движется, чередуются приливы и отливы. Но в совокупности все перечисленные свойства характерны только для живых организмов.
Подумайте! Вспомните!
1. Почему существует множество определений понятия «жизнь», но нет ни одного краткого и общепризнанного?
Так как определение понятию «жизнь» можно давать с разных точек зрения, например, с биологической, социальной, духовной, физической, химической, и т.д. общепризнанного понятия нет, так как все стороны определения важны в равной степени, и писывают процессы и явления, протекающие в жизни.
2. Объясните, как вы понимаете фразу: «Свойства системы не являются простой совокупностью свойств частей, её составляющих».
Приведите примеры, доказывающие правильность этой фразы.
Все свойства системы тесно связаны между собой, что обеспечивает целостность живого. Любая биологическая система состоит из отдельных взаимодействующих частей (молекулы, органоиды, клетки, ткани, организмы, виды и т. д.), которые вместе образуют структурно-функциональное единство. Причём свойства целой системы не являются простой совокупностью свойств частей, её составляющих.
3. Вспомните материал курса «Человек и его здоровье» и назовите системы человека, которые обеспечивают гомеостаз. Какие структуры образуют эти системы?
Гомеостаз (от греч. «homoios» — подобный, одинаковый и «stasis» — состояние) — относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма человека, животных и растений. Постоянство обеспечивается нейрогуморальными, гормональными, барьерными и выделительными механизмами.
4. Приведите примеры увеличения численности объектов в неживой природе и объясните, почему эти процессы нельзя назвать размножением.
Увеличение количества осадков, рост кристаллов. При небиологическом круговороте веществ они просто переносятся с одного места на другое или меняется их агрегатное состояние: например, смыв почвы, превращение воды в пар или лед. Назвать размножение нельзя, так нет специальных структур для размножения – спор, гамет, клеток, частей органов и т.д.
Ритм жизни | Статья
Эмма Дэвис рассказывает, как разгадка сложных механизмов биологических часов привела к удивительным открытиям и Нобелевской премии 2017 г.
Источник: Э. открыты в дневное время, даже если их не освещает солнечный свет
Ученые знали, что живые организмы имеют внутренние часы, за столетия до того, как они начали их понимать. В 1729 г., французский астроном Жан Жак д’Орту де Меран поместил дерево мимозы в темноту и заметил, что листья все еще открываются и закрываются, как если бы оно было снаружи, что предполагает встроенный ритм. Затем, в 1955 году, Макс Реннер из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана, Германия, продемонстрировал встроенную систему пчел. Он обучал парижских пчел, давая им пищу в одно и то же время каждый день. Затем он перевез их в Нью-Йорк, постоянно следя за ними. Пчелы придерживались своего парижского времени, несмотря на смену часовых поясов.
Суточный ритм организма описывается как «циркадный» от латинских слов circa (около) и diem (день). Циркадные ритмы существуют у всех многоклеточных организмов, включая грибы, растения, насекомых и человека, а также у одноклеточных цианобактерий.
Системы состоят из 24-часового генератора ритма, также известного как осциллятор или часы.
Любой, у кого была смена часовых поясов , знает, как сильно наши биологические часы управляют нами
Генерирующая ритм система осциллятора бесконечно лучше, чем система фоторецепторов, потому что она может предвидеть восход и закат солнца, а не реагировать на него, говорит Эндрю Миллар из Эдинбургского университета, Великобритания. Фоторецепторы — это нейроны сетчатки, которые реагируют на появление солнца и преобразуют свет в сигналы, стимулирующие биологические процессы. Но ночной грызун в своей норе должен предвидеть, когда наступит темнота — слишком раннее появление может оказаться фатальным.
То, как растения используют колебательную систему, было продемонстрировано в эксперименте, в котором растения горчицы использовали энергию, отложенную при дневном свете в темное время суток; они быстрее использовали накопленную энергию и быстрее росли короткими летними ночами, чем длинными зимними.
«Это типичный пример того, как осциллятор можно использовать для получения преимущества, которого не может достичь фоторецептор, просто реагирующий на свет или темноту», — говорит Эндрю.
Химиков может удивить тот факт, что ход часов не меняется при повышении температуры в теплые месяцы – он остается равным 24 часам. «Это необычно, поскольку большинство колеблющихся химических реакций ускоряются с повышением температуры», — добавляет он, например, реакция Белоусова-Жаботинского, в которой соотношение концентраций ионов церия (IV) и церия (III) колеблется, вызывая изменение цвета раствор колеблется между желтым раствором и бесцветным раствором.
Здоровье и внутренние часы. Часы не только помогают регулировать режим сна и пищевое поведение, они также связаны с выбросом гормонов, кровяным давлением и температурой тела.
Нарушение биологических часов в течение длительного времени связано со многими заболеваниями, такими как диабет II типа, рак и сердечно-сосудистые заболевания.
У людей с нейродегенеративными расстройствами, такими как болезни Паркинсона и Альцгеймера, обычно ухудшаются циркадные ритмы, что может ускорить прогрессирование заболевания. «Похоже, что все хронические заболевания, связанные со старением, более распространены у людей с нарушением циркадных ритмов», — говорит Джон О’Нил из Лаборатории молекулярной биологии MRC в Кембридже, Великобритания. «Если вы постоянно работаете посменно, у вас более чем в два раза больше шансов заболеть раком молочной железы, чем у женщины» 9.0003
Важно отметить, что эффективность многих лекарств зависит от времени суток, в которое они принимаются. Австралийские врачи отметили, что статины действительно эффективны только в том случае, если их принимать непосредственно перед сном, потому что ингибируемый ими фермент печени, который помогает синтезировать холестерин, в основном активен ночью. А в своих исследованиях хронотерапии, связывающих лекарства от рака с циркадными ритмами, Фрэнсис Леви из Университета Уорика, Великобритания, заметил, что эффективность и токсичность химиотерапии варьируются в зависимости от того, когда она проводится.
Однако о синхронизации лекарств с циркадными часами легче сказать, чем сделать, потому что у людей разные ритмы. Это усложняется тем фактом, что у пациентов, страдающих недосыпанием, возможно, из-за болезни, могут быть нарушены биологические часы.
Итак, есть сильный толчок к разгадке сложных механизмов биологических часов.
Нобелевская премия за гены часов
Многие исследования циркадных ритмов ведут к ныне известному симпозиуму в Колд-Спринг-Харбор в США в 1919 г.60, который был создан как «объединяющее влияние на всю область исследования». Там 150 лидеров сообщили об обнаружении одних и тех же свойств у всех организмов. Однако механизмы оставались неуловимыми. По словам Джона, в то время идея выделения отдельных генов, которые могли бы модулировать биологические часы, «считалась совершенно дурацкой гипотезой». Однако к концу 1960-х годов сообщество хронобиологов утвердилось, и возникла идея часовых генов.
История разборки часов имеет много поворотов и еще не закончена.
Достижения таковы, что Джеффри Холл и Майкл Росбаш из Университета Брандейса, США, и Майкл Янг из Университета Рокфеллера, США, были удостоены Нобелевской премии 2017 года по физиологии и медицине за их работу по выявлению часовых генов и пониманию механизмов.
Источник: wildpixel / iStock / Getty Images Plus
Основы Нобелевских открытий были заложены в 1971 году. Нейробиолог Сеймур Бензер и его студент Рональд Конопка из Калифорнийского технологического института, США, искали плодовых мушек с циркадные мутации, идентифицирующие три разных штамма с коротким циклом в 19 часов, длинным циклом около 28 часов или вообще без ритма. Эксперименты по картированию с использованием генетических маркеров показали, что все три мутанта происходят из одного и того же региона Х-хромосомы. Дальнейшие тесты показали, что все они были связаны с одним и тем же геном, позже названным «период».
Десять лет спустя Джеффри, Майкл и Майкл клонировали и секвенировали ген периода.
Но механизма по-прежнему не было. Ключ лежит в белке, который кодирует ген под названием PER. Джеффри и Майкл Росбаш совершили прорыв, обнаружив, что уровни PER в нейронах мозга мух достигают пика ночью. Они предположили, что накопление PER останавливает производство клеток.
«В общих чертах функция часового гена, называемого периодом, заключается в отключении собственной экспрессии, — объясняет Эндрю. «Он работает с несколькими другими компонентами, определение которых было критически важным для лабораторий, удостоенных наград, а процесс отключения занимает 24 часа». Он описывает этот процесс как необычную петлю отрицательной обратной связи. «Ключевым моментом является то, что в часах отрицательная обратная связь имеет задержку. Отдельные задействованные процессы могут быть довольно быстрыми. Другие гены отключаются в течение десятков минут. По часам это занимает десятки часов».
Затем Майкл Янг обнаружил еще один ген, влияющий на циркадные часы, названный «timeless», который кодирует белок TIM.
В ходе ряда открытий лаборатория Майкла обнаружила, что TIM может напрямую связываться с PER и перемещаться в ядро, эффективно отключая ген периода до рассвета.
Петля отрицательной обратной связи наблюдается у растений и других организмов, но идентичность часовых генов отличается. «Часовые гены» сохраняются у всех животных, но у растений они совершенно разные, а у грибов — разные, говорит Эндрю. «Таким образом, это говорит о том, что эволюция решила проблему предвосхищения смены дня и ночи несколько раз. И решение в растениях включало разные белки».
В 2004 г. исследователи из Медицинского института Говарда Хьюза, США, обнаружили признаки циркадных ритмов активности генов в изолированных клетках мыши. Затем Стив Браун из Женевского университета, Швейцария, измерил циркадные ритмы в изолированных клетках кожи человека, находящихся либо в постоянной темноте, либо на свету. Суточные циклы активности продолжались во всех клетках без каких-либо внешних сигналов, с включением или выключением генов и сохранением активности метаболических процессов.
Идея о том, что каждая клетка имеет свои собственные часы, ознаменовала огромный скачок, и исследователи изо всех сил пытались выяснить, как соединить все части вместе. Было обнаружено, что каждые часы сосредоточены на системе управления в части мозга, называемой гипоталамусом. Курт Рихтер из Университета Джона Хопкинса, США, обнаружил, что вырезание небольших участков гипоталамуса нарушает циркадные ритмы. Область, известная как супрахиазматическое ядро (СХЯ), состоит примерно из 20 000 нейронов, одинакова у всех млекопитающих и координирует циркадные ритмы всего организма. Специализированные клетки сетчатки посылают дневные и ночные сообщения в СХЯ, поэтому у тех, кому не повезло потерять зрение, могут быть ритмы, которые теряют синхронизацию с внешним миром.
Источник: stock_colours / iStock / Getty Images Plus
Долгое время SCN считался единственными часами в теле, но теперь мы думаем о нем как о главных часах, говорит Джон. «Он связывается с каждой отдельной клеткой в организме, сообщая им, какое сейчас время суток, но ваш фактический циркадный ритм и физиология зависят от того, что каждый день делают отдельные часы в каждой клетке».
может быть так изнурительно. Главные часы, которые могут меняться только на 1–2 часа каждый день, должны сначала адаптироваться к новому часовому поясу, прежде чем остальная часть тела сможет их догнать.
Различные штрихи
Что не отмечено Нобелевской премией, так это то, что существует альтернативный способ построить 24-часовой генератор, говорит Эндрю. У цианобактерий есть часы, которым не нужна генетическая активность: Такао Кондо из Университета Нагоя в Японии показал, что три белка цианобактерий — и источник энергии аденозинтрифосфат (АТФ) — создают 24-часовой ритм в пробирке. К сожалению, белки не существуют в других организмах, но «работа бросила вызов парадигме», говорит Эндрю, и это привело Джона, который защитил докторскую диссертацию в лаборатории Эндрю, к тому, чтобы найти аналогичные результаты в морских водорослях.
Позже, работая с Ахилешем Редди из Кембриджского университета, Великобритания, Джон также обнаружил, что эритроциты человека, не имеющие ядра и, следовательно, ДНК, окисляют и восстанавливают белки в течение 24-часового цикла.
Джон считает, что эволюция могла сохранить ферментативный механизм синхронизации. «Мы снова и снова видим одни и те же ферменты, даже если часовые белки не законсервированы», — говорит он. Его команда в настоящее время тестирует ферментативные процессы, которые не только важны для суточного хронометража в клетках млекопитающих, но и сохраняются в процессе эволюции. «Мы надеемся, что если нам удастся разработать минимальный набор компонентов, необходимых человеческой клетке для выражения циркадных ритмов, то, будем надеяться, мы сможем воссоздать этот механизм хронометража в пробирке. Так же, как это было сделано для цианобактерий», — говорит он.
Джон полон решимости сосредоточиться на ферментах. Но, как он указывает, «все интересно; есть так много вопросов». в классе
Выработка правила и ритма жизни
Создание нового сообщества приведет вас к необычным уровням хаоса. Новые люди, новые места, новые планы и новые приоритеты — вот лишь некоторые из движущих сил, лежащих в основе хаотичного опыта плантатора.
Хаоса обычно избегают, но это не всегда плохо. При правильных условиях это действительно может способствовать росту и инновациям. Вот почему мы часто видим появление нового лидера (лидеров) в хаотичных ситуациях. Фактически, одной из основных черт лидерства является способность навести порядок из хаоса. Те, кому удается навести порядок среди хаоса, часто наделяются группой харизмой. То есть группа считает таких людей достойными подражания.
На начальных стадиях завода часто именно харизма лидера(ов) обеспечивает первоначальную энергию в жизни новой группы. Вибрация (личность) лидера (ов), видение, ценности и добродетели служат точкой отсчета, вокруг которой организуется группа. Без этой точки отсчета в лидерах новая группа будет бороться с чувством идентичности и цели.
Хотя харизма является важным элементом жизни группы, она может вести группу только до определенного момента. В какой-то момент видение, ценности и добродетели лидера(ов) должны быть включены в образ жизни группы.
Социологи называют этот процесс рутинизацией харизмы.
Как человек, участвующий в апостольской работе по основанию новых общин учеников, одна из ваших задач состоит в том, чтобы намеренно упорядочить свое основополагающее видение, ценности и добродетели в рамках новой общины. Часть этого процесса происходит в наставнических отношениях. Другая часть этого процесса требует от вас разработки систем и структур, которые позволят сообществу процветать в ваше отсутствие. То есть роль апостола состоит в том, чтобы основывать новые сообщества, которые могут процветать без того, чтобы основатель(и) был основным источником жизни, энергии и направления в группе. Отчасти именно на это намекает Павел, когда говорит о себе как о мудром мастере-строителе (1 Коринфянам 3:10). Слово «строитель» на греческом языке — 9.0114 архитектон . Arche означает создатель, а тектон означает дизайнер или мастер. Именно от этого греческого слова мы получили наше английское слово «архитектор».
Как главный основатель коринфской общины, Павел стремился заложить хорошее основание для процветания общины в его отсутствие. Закладка хорошего основания включает в себя не только предоставление истины об Иисусе, но и предоставление новому сообществу шаблонов , инструментов , 9Тактика 0114 и отслеживают , чтобы строительный проект мог продолжаться в ваше отсутствие.
Хорошим примером того, как истина и тактика могут быть включены в растение, является намеренное развитие правила (истины) и ритма (тактики) жизни. Правило и ритм жизни — это набор основных практик, вокруг которых люди могут организовать свою индивидуальную и общественную жизнь. В идеале правило жизни будет характеризоваться этими тремя двигательными принципами:
Должно быть просто: Цель правила жизни не в том, чтобы увеличить активность в жизни людей. Правилом жизни должно быть то, что каждый может сделать, независимо от того, насколько сложна его жизнь.
Хорошее эмпирическое правило при выработке правила жизни — привносить интенциональность в то, что люди уже делают.
Он должен быть липким: Правило жизни должно легко запоминаться. Если ваше правило жизни состоит из 10 практик, и для объяснения каждой из них нужен абзац, вам нужно вернуться к чертежной доске. Если люди собираются организовать свою жизнь вокруг этого правила жизни, люди должны уметь его помнить.
Он должен быть масштабируемым: В идеале ваше правило жизни может быть принято не только отдельным человеком, но также может быть принято в качестве правила жизни вашими миссионерскими общинами. Дж. Р. Вудворд напишет дополнительную статью, в которой будет рассмотрено несколько примеров того, как сформулировать правило жизни. А пока давайте посмотрим на эти два примера:
BLESS 3 человека в неделю. Один из сообщества, один извне и один из любого другого.
EAT с 3 людьми каждую неделю. Один из сообщества, один извне и один из любого другого.
СЛУШАТЬ Развитие практики слушания, чтобы мы могли узнать, что Бог говорит и делает.
УЧИТЬСЯ Развитие дисциплины изучения Священных Писаний или чтения другой литературы.
ОТПРАВЛЕНО Поиск способов, которыми Бог ведет нас, чтобы мы были Иисусом в нашем контексте. [1]
вверх — Потратьте время с Богом
ВНУТРЕННЯ — Потратьте время в Солн.
Вперед – Проводите время и делитесь хорошими новостями.
Разработка правила жизни помогает направлять людей к формирующим практикам, которые приближают их к подражанию образцам жизни Иисуса.
Однако без преднамеренности правило жизни просто становится еще одним классным акростихом или аллитерацией.
Также необходимо выработать такой ритм жизни, при котором люди могли бы добровольно нести ответственность за соблюдение этого правила жизни на практике. Таким образом, на индивидуальном уровне людям часто полезно иметь привычку отмечать в календаре, когда будут иметь место различные аспекты их правила жизни, скажем, ВВЕРХ. То же самое относится и к миссионерскому сообществу. Ритм жизни должен быть намечен на месяц или два вперед, чтобы люди могли синхронизировать свои графики для коллективного участия.
Если вы разрабатываете правило жизни, но у людей нет меры ответственности за внедрение этого правила в ритм жизни, то вы, по сути, занимаетесь чисто академическим упражнением. Такой интеллектуализм приведет к тому, что Иаков называет мертвой верой (Иакова 2:14-17). С другой стороны, если у вас есть постоянный ритм действий, но вы не знаете, почему вы это делаете, то вы начинаете двигаться к ритуализму. Ритуал – это повторяющееся действие с большим смыслом. Ритуализм, с другой стороны, представляет собой повторяющееся действие, практически не имеющее смысла.
Если бы мы изобразили это на схеме, это могло бы выглядеть примерно так:
Золотая середина, конечно же, заключается в объединении этих двух вещей: правил и ритма. Когда они объединяются, наша жизнь становится формой поклонения Богу. Павел говорит что-то в Послании к Римлянам, что хорошо перекликается с этим.
Итак умоляю вас, братия, милосердием Божиим, представьте тела ваши в жертву живую, святую, благоугодную Богу, что есть разумное служение ваше. И не сообразуйтесь с миром сим, но преобразуйтесь обновлением ума вашего, дабы вы познали, что есть добро и что воля угодна, что Бог. Римлянам 12:1
Этот стих наполнен проницательностью, поэтому давайте сосредоточим наше внимание на нескольких ключевых словах в тексте. Во-первых, слово для служения в этом отрывке — latreia, , откуда мы взяли слово литургия.
Интересно, что это слово также используется для описания того, что священник делал в храме (Евр. 8:5, 9).:9). По сути, Павел говорит, что вся наша жизнь предлагается как акт поклонения. То есть, когда люди видят схему и ритм нашей жизни, она должна напоминать упорядоченный ритм и схему поклонения/служения Богу.
Во-вторых, слово разумный — это греческое слово logikos , откуда мы взяли наше слово логика. Павел говорит, что наше служение логически вытекает из Божьей милости. Оно вытекает из нашего отклика на Евангелие (Рим. 11:29-36).
Наконец, слово perfect по-гречески telios , что означает цель или намерение. Павел говорит, что наше служение Богу не только логически вытекает из того, что Иисус сделал в прошлом, но также связано с конечной целью, всеобъемлющей целью, содержащейся в воле Бога. Наше нынешнее служение основано на том, что Бог сделал (Евангелие) и сделает (новое творение) в будущем. Осознание этого помогает нам не допустить, чтобы наш ритм служения/поклонения стал самоцелью.
