Биология. Учебник для 11 классов средних общеобразовательных
 Скачать 5.71 Mb.
|
|
БИОЛОГИЯ Учебник для 11 классов средних общеобразовательных учреждений и учащихся средних специальных и профессиональных образовательных учреждений У твержден Министерством народного образования Республики Узбекистан издание 1-ое ГЛАВНАЯ РЕДАКЦИЯ ИЗДАТЕЛЬСКО-ПОЛИГРАФИЧЕСКОЙ АКЦИОНЕРНОЙ КОМПАНИИ «SHARQ» ТАШКЕНТ–2018 © A. Гафуров, A. Абдукаримов, Ж. Талипова, О. Ишанкулов, М. Умаралиева, И. Абдурахманова. © Главная редакция ИПАК «Sharq», 2018. Биология: Учебник для 11 классов средних обще- образовательных учреждений и учащихся средних специальных и профессиональных образовательных учреждений: изд.1-е/ A. Гафуров, A. Абдукаримов, Ж. Талипова, О. Ишанкулов, М. Умаралиева, И. Абдурахманова – T.: «Sharq», 2018 – 240 с. ISBN 978-9943-26-807-4 УДК 57(075.3)=161.1 ББК 28.0я721 УДК 57(075.3)=161.1 ББК 28.0я721 B – 63 B – 63 ISBN 978-9943-26-807-4 Издан за счет Республиканского целевого книжного фонда. Р е ц е н з е н т ы : Г. Шахмурова – заведующая кафедрой методики преподавания Ташкентского педагогического университета, доктор биологических наук; Н. Филиппова – учитель биологии академического лицея Ташкентского фармацевтического института; Д. Бабаханова – учитель биологии академического лицея Ташкентской медицинской академии. А в т о р ы : A. Гафуров, A. Абдукаримов, Ж. Талипова, О. Ишанкулов, М. Умаралиева, И. Абдурахманова. 3 ПРЕДИСЛОВИЕ Одной из серьезных задач человечества является сохранение разнообраз- ных биологических форм природы, обеспечение экологической стабильности, смягчение негативных последствий глобального изменения климата. Необхо- димо предупреждать распространение опасных для здоровья человека аллер- гических, инфекционных и эпидемиологических болезней, модернизировать и развивать сельское хозяйство, расширять производство экологически чистых продуктов, улучшать мелиоративное состояние орошаемых земель, внедрять современные технологии для экономии водных и других ресурсов. Нужно вы- водить новые сорта сельскохозяйственных растений, устойчивых к болезням и вредителям, а также породы животных с высокой продуктивностью. Эти задачи ложатся на плечи молодежи, которые учатся сегодня в средних школах, а в будущем станут замечательными специалистами. Биология является теоретической основой, таких направлений, как меди- цина, селекция, охрана природы и рациональное использование природных богатств. Бережное отношение к природе и к ее составляющим, к окружаю- щей среде, охрана и приумножение природных богатств, изучение закономер- ностей расселения и эволюционного развития живых организмов на Земле, взаимоотношения организмов с окружающей средой, и с другими живыми организмами, устранение факторов, несущих в себе угрозу жизни на нашей планете, требует должного изучения законов и теорий биологии. Эти знания также являются составляющей основой экологической культуры. Данный учебник соответствует компонентам государственных образова- тельных стандартов среднего образования. Материал учебника раскрывает содержание биологических знаний, необходимых для понимания структурно- функциональной организации живого на биогеоценотическом и биос ферном уровнях. Рассматриваются взаимоотношения организмов и среды обитания, структура, связи, круговорот веществ и поток энергии в экосистемах, законо- мерности сосуществования человечества и природы. Внимательное изучение содержания и выполнение заданий, данных в учебнике, способствует формированию вашего научного мировоззрения, экологического мышления, информационной грамотности. Мы надеемся, что вы как стремящийся к совершенству гражданин Независимого Узбекистана, глубоко освоите основы науки, полученные знания и компетенции в процессе самореализации помогут вам при выборе профессии в будущей самостоятельной жизни. 4 ГЛАВА I. ЭКОЛОГИЯ И ЖИЗНЬ Изучив материал I главы, вы сумеете: охарактеризовать системную организацию живой материи, основные свойства и значение уровней организации живой материи; объяснять иерархическую организацию биологических систем; анализировать и оценивать многообразные задачи экологии; сравнивать между собой структурные уровни организации жизни. § 1. БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ. ЭКОЛОГИЯ – НАУКА О БИОСИСТЕМАХ Вспомните основные уровни орга низации жизни на Земле. Что является структурно-функцио нальной единицей каждого уровня организации? Какие процессы жизнедеятельности характерны для каждого из уровней? Изучение явлений природы и различных природных объектов стано- вится неотъемлемой частью культуры современного человека. Научное познание – высший уровень логического мышления. Оно направ лено на изучение глубоких сторон сущности природы и ее зако нов. Выра- жением научного познания является научное открытие – об нару жение неизвестных ранее существенных свойств, явлений, законов или законо- мерностей. Вначале из накопленных отдельных фактов постепенно рож- дается объяснение ранее загадочных явлений, затем вскрывается сущ- ность предметов и процессов, формулируется научная теория. Отношение человека к природе и ее компонентам, изучение природ- ных явлений и процессов составляет основу научного познания. Выс- шим уровнем познавательной деятельности человека является научное познание, направленное на создание научных открытий, изучение ранее неизвестных растений и животных, а также жизненных процессов и закономерностей. 5 С незапамятных времен человек пытался проникнуть в тайны живой природы, разгадать загадку жизни. В период античности пер- вой формой научного познания стала философия природы. Объектом ее изучения были все явления, происходившие в природе. Философия природы способствовала накоплению фактов и создала предпосылки для обособления в XVI–XVII вв. самостоятельных наук о живой и неживой природе. Произошла дифференциация естественных наук, в каждой из них выделились свои объекты изучения, появились специ- фические методы исследования. Биология – наука о жизни, ее формах, закономерностях существо- вания и развития. Объекты изучения биологии – живые тела природы или организмы. Биология рассматривает строение живой материи, их жизнедеятельность, связи между собой и с неживой природой. Системная организация живой материи. Мир живой природы представляет собой совокупность разнообразных биосистем различной сложности. Биологическая система (биосистема) – биологический объ- ект, пред став ляющий собой совокупность взаимосвязанных и взаимо- действую щих компонентов, выполняющих определенные функции и обладающий способностью к развитию, самовоспроизведению и при- способлению к среде. Например, цветковое растение представляет собой биосистему, состоящую из корня, стебля, листьев, цветков и плодов. Все ее струк турные элементы взаимодействуют между собой и обеспечивают клетке способность к самовоспроизведению и приспособлению к окру жающей среде. Пустыня также является примером биосистемы, состоящей из популяций разных видов растений, животных, грибов и микро организмов. Эти популяции взаимодействуют между собой и обеспечивают ее развитие и устойчивое существование в данной среде. Иерархическая организация биологических систем. Живые систе- мы принадлежат различным, иерархически соподчиненным уровням организации. Взаимодействия в пределах каждого уровня подчиняются общим закономерностям, зависящим от масштаба. Крупные объекты включают в себя более мелкие элементы и являются выражением их общих свойств, возникших в результате их взаимодействия. Вместе с тем свойства элементов также зависят от того, к какой общности они принадлежат. В этом проявляется иерархическая организация – сопод- чиненность живых систем. 6 Биосфера – населенная жизнью оболочка Земли, охватывает все биогеоценозы. Биогеоценоз, в свою очередь, представлен из разных популяций, экологически дополняющих друг друга видов. Каждая популяция состоит из отдельных особей, которые сменяют друг друга в ряду поколений. Элементарной единицей, обладающей все- ми основными свойствами живого, является клетка, которая может быть, как отдельным организмом, так и частью многоклеточного организма. Жизнедеятельность клетки основана на взаимодействии обязательных элементов проявления жизни – биомолекул. Так как, биологические объекты разнообразны по размеру и облас ти действия, для их изучения требуются специальные методы, разработ- кой которых занимаются различные разделы биологической науки. Вместе с тем свойства каждого объекта зависят от свойств его компонентов (элементов) и от принадлежности к системам более высокого уровня. Биологические системы связаны между собой не только происхождением, но и отношениями, складывающимися в процессе их взаимодействия между собой и с окружающей их неживой природой. Живые организмы, с неживой природой фор- мируя сообщества, образуют экологические системы – биосистемы высшего ранга. Экологические системы являются результатом истори- ческого развития природы, характеризуются самовоспроизводством, саморазвитием, устойчивостью и равновесием между образующими их структурными частями и компонентами. Нарушение исторически сложившегося равновесия в природе всегда сопровождается наруше- нием структуры экологических систем. В процессе сосуществования природы и общества возникает проблема сохранения окружающей среды, рационального природопользования, регулирования отношений между обществом и природой, что особенно важно для будущего человечества, немыслимого без взаимосвязей с живой природой нашей планеты. Существование и развитие человеческого общества должно строиться на глубоком понимании законов существования и развития живой при- роды, природных комплексов и систем. Научной основой для решения вышеназванных проблем служит именно экология. Экология как наука. В начале XX в. сформировалась новая био- логическая наука – экология. Термин «экология» (от греч. oikos – дом, жилище, logos – наука, учение) впервые ввел немецкий зоолог- эволюционист Эрнст Геккель в 1866 г. 7 Экология – это наука о взаимоотношениях организмов, сообществ между собой и с окружающей средой. На начальном этапе экология представляла собой науку, изучающую взаимодействия организмов. В настоящее время сфера ее компетенции значительно расширилась. Помимо организмов, она включает надорганизменные биосистемы: попу- ляции, биоценозы (сообщества), биогеоценозы (экосистемы) и биосферу. Сегодня экология стремительно накапливает данные и оказывает все усиливающееся влияние на естествознание, науку в целом, а также на все сферы деятельности человека – сельское хозяйство, промышлен- ность, экономику, образование, здравоохранение и культуру. Только на базе экологических знаний могут быть построены эффективная система охраны природы и рациональное природопользование. Задачи экологии многообразны: – изучение взаимоотношений организмов и их популяций с окружающей средой; – исследование действия среды на строение, жизнедеятельность и поведение организмов; – изучение экологических механизмов адаптации к среде. – установление зависимости между средой и численностью популяции; – исследование взаимоотношений между популяциями разных видов; – исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью под- держания ее устойчивости; – создание научной основы рационального использования природных ресурсов, прогнозирование изменений природы под влиянием деятель- ности человека и управления процессами, протекающими в биосфере. – восстановление нарушенных природных систем, сохранение эта- лонных участков биосферы. – формирование экологического мировоззрения, развитие экологи- ческого сознания и экологической культуры у людей всех возрастов и профессий. Экологическая культура предстает как способ взаимоотношения человека с природой на основе ответственного отношения к ней. Экологическая культура рассматривается как единство экологичес- кой образованности, экологического сознания и экологической дея- тельности, направленных на гармонизацию взаимоотношений между обществом и природой. Сегодняшнее состояние живой оболочки нашей планеты свидетельствует о том, что всем людям постоянно необходимо 8 о ней заботиться. Для этого нужны не просто широкие экологические знания, современному человеку требуется выработать новое отношение к природе, сформировать экологическое мировоззрение, которое долж- но основываться на поиске путей, открывающих возможность стабиль- ного сосуществования природы и общества. Ключевые слова: научное познание, биосистема, экология, биоценозы, сообщества, биогеоценозы, экосистемы, биосфера. Вопросы и задания. 1. Что такое биосистема? 2. Назовите последовательность уровней организации живой материи, соб- лю дая принцип иерархии. 3. Охарактеризуйте различие между понятиями «биоценоз», «биогеоце- ноз», «биотоп» и «биосистема». 4. Дайте современное определение экологии. Что является предметом экологии? 5. Какие задачи должна решать экология? 6. Установите соответствие между уровнями организации жизни и наз- ваниями наук, изучающих их. Уровни организации жизни: 1) биосферный; 2) организменный; 3) молекулярный; 4) клеточный; 5) популяционно- видовой; 6) тканевой; 7) биогеоценотический. Биологичес кие науки: а) ботаника; б) экология; в) цитология; г) анатомия; д) молекулярная биология; е) физиология; ж) гистология; з) зоология. Выскажите свое мнение. 1. На конкретных примерах покажите необходимость экологических зна- ний для современного человека. 2. Приведите примеры использования человеком экологических знаний в промышленном производстве, сельском хозяйстве, транспортной сфере и охране природы. 3. Существует выражение, что экология – это не только наука, но и новый образ мышления, новый стиль жизни. Объясните его смысл. Задания для самостоятельной работы. 1. Заполните таблицу. Уровни организации жизни Компоненты Процессы, протекающие на этом уровне Молекулярный Клеточный Организменный 9 Популяционный Биогеоценотический Биосферный 2. Определите уровень организации живой материи. Живая материя Уровень организации Сердце, печень, легкие Цитоплазма, хлоропласты, ядро Лист, корень, стебель Кролик Стая дельфинов Планета Земля и жизнь в ней Хромопротеины Пустыня Кровеносная система Хромосомы и гены Амеба, инфузория § 2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ, РАЗДЕЛЫ И МЕТОДЫ ЭКОЛОГИИ Для чего человеку нужны знания о среде обитания и образе жизни окружающих его организмов. Где они используются? Какие эколо- гические проблемы вам известны? Почему экологические знания необходимы каждому члену общества? Истоки экологии уходят в далекое прошлое и связаны с необхо ди- мостью на самых ранних этапах становления человеческого общества добывать и использовать pастения, животных в качестве пищи. Было необходимо знать, как выглядят, где и когда созревают съедобные пло- ды, корни и стебли растений, где лежат пути миграции диких живот- ных, когда и где они воспроизводят потомство. Еще в период античности древнегреческие ученые-философы рассматри- вали влияние отдельных компонентов окружающей среды на жизнь различ- ных растений и животных. В трудах великих ученых X–XII веков Сред- ней Азии Аль-Хорезми, Аль-Фароби, Абу Район Беруни, Ибн Сино есть 10 информации о строении земли, лекарственных растениях, ареалах животных. Захириддин Мухаммад Бабур в своем историческом труде «Бобурноме» предоставил большую информацию о различных растениях и животных Средней Азии и Индии, их распространении и периодах размножения. Детальное и глубокое изучение компонентов среды обитания организ- мов началось лишь в XIX–XX вв. Начало изучению влияния окружающей среды на жизнь организмов положил немецкий ученый и путешествен- ник Александр Гумбольдт. Он впервые наглядно продемонстрировал роль климатических условий в жизни растений. В начале XX в. оформились экологические направления в ботанике, зоологии и других биологических науках. Постепенно экологический под- ход к исследованию живой природы стал приобретать первостепенное значение. В ряде стран были опубликованы труды, широко освещавшие проблемы экологии. Важное значение для развития экологии имела сфор- мулированная английским ученым А. Тенсли – концепция экосистемы и выдвинутая русским ученым В.Н. Сукачевым – теория биогеоценоза. С 70-х гг. XX в. в связи с усилившимся воздействием человека на природу экологические проблемы приобрели особо важное значение, а сам термин «экология» – более широкий смысл. Разделы экологии. В зависимости от типа изучаемой биологичес- кой системы в экологии выделяют следующие разделы: факториальная экология (аутэкология), учение о популяциях (демэкология), учение о сообществах (синэкология), учение об экосистемах (биогеоценология) и учение о биосфере (глобальная экология), эволюционная экология, историческая экология. Аутэкология – раздел экологии, изучающий взаимоотношения организма с окружающей средой. (жизненные циклы и поведение как способ приспособления к окружающей среде). Демэкология – раздел общей экологии, объектами изучения кото- рого являются изменение численности популяций, отношения групп внутри них. В рамках демэкологии выясняются условия, при кото рых формируются популяции. Демэкология описывает колебания численно- сти различных видов под воздействием экологических факторов и уста- навливает их причины. Синэкология – раздел науки, изучающий функционирование сооб- ществ и их взаимодействия с биотическими и абиотическими факторами. Биогеоценология – исследует строение и свойства биогеоценозов. 11 Эволюционная экология изучает изменения, происходящие в экологи ческих системах с момента возникновения жизни на нашей планете, воздействие человека на эволюцию биосферы. Используя па леонтологические данные и сведения о современных экологических системах, эволюционная экология старается теоретически реконструиро- вать (восстановить) древние экологические системы. Историческая экология изучает экологические изменения, произошед шие в ходе человеческой цивилизации и технологического прогресса начиная с эпохи неолита до современного периода. Иногда экологию подразделяют на общую экологию, изучающую об- щие закономерности взаимоотношений организмов с окружающей сре дой, и частные разделы. Среди последних выделяют экологию систе ма тических групп организмов (экология растений, экология животных, экология микроорганизмов, экология рыб, экология млекопи тающих и др.). Существуют также частные разделы этой науки, изучающие отдель- ные типы природных сообществ на нашей планете, например: экология леса, экология пустыни, экология болота, экология озера и т.п. Рис.1. Разделы экологии. Аутэкология Синэкология Демэкология Экология человека Промышленная экология Историческая экология ЭКОЛОГИЯ 12 В экологии выделяют немало прикладных научных дисциплин. Разработкой научных основ прогнозирования изменений окружающей среды, вызванных деятельностью человека и рационального природо- поль зования, занимается экология ландшафтов. Созданием экологически чистых производств и поиском безотходных технологий занимается про- мышленная экология. Социальная экология изучает влияние природной среды на человека и общества на природу. Математическая экология рассматривает закономерности численного распределения организмов на различных природных территориях нашей планеты (рис.1). Методы исследования экологии.Все методы, применяемые в эколо- гических исследованиях, можно разделить на три большие группы. Полевые методы. Их использование позволяет изучить влияние целого комплекса экологических факторов на развитие и жизнедеятель- ность популяции в естественных условиях. Они помогают установить взаимо связи организмов, видов и сообществ со средой, выяснить общую картину развития и жизнедеятельности биосистем. Метеорологи ческие наблюдения, количественный учет организмов (например, используя кольцевание, ученые следят за перемещением перелетных птиц во время сезонных миграций) ведутся с помощью полевых методов. Материалы наблюдений фиксируются в записях, рисунках, фото- г рафиях, видеосъемках. Экспериментальные методы. Лабораторные эксперименты позволяют исследовать влияние отдельных факторов среды на жизнедеятельность организмов в лабораторных условиях. В реальной среде обитания невоз- можно рассмотреть воздействие на организм или сообщество отдельного фактора, так как они действуют комплексно. Поэтому создаются искус- ственные модели экосистем, аналогичные естественным. Самым простым примером искусственной экосистемы является аквариум. Здесь ареал оби- тания ограничен стенками аквариума, приток энергии, света и питатель- ных веществ осуществляется человеком, он же регулирует температуру и состав воды. Численность обитателей также изначальна определена. Методы компьютерного моделирования и экологического прогнози рования. Суть методов заключается в том, что с помощью математиче- ских символов строится абстрактная модель изучаемой системы. Затем, меняя значение отдельных параметров, исследуют, как поведет себя данная искусственная система, т. е. как изменится конечный результат. Такие модели экосистем строятся на основе многочисленных сведений, накопленных в полевых и лабораторных условиях. При этом правильно построенные математические модели помогают увидеть то, что труд- 13 но или невозможно проверить в эксперименте. Они дают возможность прогнозировать развитие экосистем в зависимости от изменений клима- та и антропогенных воздействий. Как правило, в экологических исследованиях эти и другие приме- няемые методы исследований используются совместно или в комплексе. Ключевые слова: экология: аутэкология, синэкология, экология популяций, экология сообществ и экосистем, общая экология, экология ландшафтов, промышленная экология, социальная экология, математическая экология. Вопросы и задания. 1. Какие отрасли выделяют в современной экологии? Каковы объекты их научного исследования? Приведите конкретные примеры. 2. С именами каких ученых связано зарождение экологии как науки? 3. Почему экология является научной основой рационального использова- ния и охраны природных ресурсов? 4. Как ученые проводят полевые наблюдения за природными сообществами? В чем ограниченность этого научного метода познания живой природы? 5. Каково значение экспериментов в экологических исследованиях? Чем при родный эксперимент отличается от лабораторного? В каких случаях проводят лабораторный эксперимент? Приведите примеры природных и лабораторных экспериментов. 6. В каких случаях применяется моделирование в экологических исследо- ваниях? Опишите отличие реальных и идеальных моделей в экологии Выскажите свое мнение. 1. Проведите наблюдение за обитателями комнатного аквариума. Какое зна чение имеют свет, воздух, вода, грунт для растений и животных аква риума? Как используют эти компоненты микроорганизмы? Какие условия необходимо поддерживать в аквариуме? Результаты наблюдения оформите в виде проекта. Задания для самостоятельной работы. Разделы экологии Биологические системы Аутэкология Демэкология Синэкология Биогеоценология Глобальная экология Промышленная экология Социальная экология 14 |