Napredek sodobne biologije biologija. Deset največjih dosežkov desetletja v biologiji in medicini, različica neodvisnega strokovnjaka

Predavanje:

Biologija kot znanost

Biologija je postala ločena veda v 19. stoletju, ko je izraz "biologija" začelo uporabljati več znanstvenikov hkrati - Jean Baptiste Lamarck in Gottfried Reinhold Treviranus leta 1802 ter Friedrich Burdach leta 1800. Pred tem sta se ukvarjali z naravoslovjem in medicino pri preučevanju nekaterih vidikov živih bitij.

Predmet študija biologija je življenje v vseh njegovih pojavnih oblikah - evolucija, porazdelitev živih bitij na planetu, njegova zgradba, procesi delovanja, klasifikacija, odnosi organizmov med seboj in z okoljem.

Osnova sodobne biologije je 5 osnovnih načel:

celična teorija;

genetika;

evolucija;

homeostaza;

Biološke metode

Biološke metode so tehnike, ki jih znanstveniki uporabljajo za pridobivanje novega znanja o živih organizmih.

Osnovno pravilo vsakega znanstvenika je načelo "ne jemati ničesar za samoumevno" - vsak pojav je treba natančno preučiti in o njem pridobiti zanesljivo znanje.

Metode biologije so tehnike, s katerimi se gradi sistem natančnih znanstvenih spoznanj. Ti vključujejo:

Opazovanje. Prvo srečanje znanstvenikov z nečim, kar še ni raziskano.

Opis pojav, nov organizem, njegove značilnosti;

Sistematizacija. To je proces povezovanja novega znanja z obstoječimi sistemi - določanje mesta na novo odkritega organizma na drevesu evolucije, njegove kemijske strukture, reproduktivnih značilnosti in drugih lastnosti z že obstoječimi sistemi znanja;

Primerjava. Iskanje podobnih pojavov, preučevanje podobnih dokazov, na katere so že naleteli drugi znanstveniki, opisi in nedokončane raziskave;

Eksperimentirajte. Izvajanje niza poskusov za potrditev ali ovržbo nove teorije ali hipoteze.

Analitična metoda. Vključuje zbiranje in primerjavo vseh informacij o katerem koli vprašanju.

Zgodovinska metoda. Omogoča vam preučevanje vzorcev zgodovinskega razvoja organizmov, pri čemer se obrnete na obstoječe znanje.

Modelarstvo. Konstrukcija in izračun možnih možnosti za strukturo organizma, delovanje njegovih organov, njegovo interakcijo z drugimi živimi organizmi. To so lahko računalniški modeli, tridimenzionalni modeli konstrukcije ali matematična metoda.

Uporabljajo se univerzalni, ki so skupni vsem znanostimpravila za gradnjo znanstvenih teorij:

opazovanje vsak pojav, lastnosti živega organizma, njegove značilnosti;

hipotetiziranje – kako in zakaj je opazovani pojav možen, njegova predhodna razlaga na podlagi predhodno znanih spoznanj;

poskus– ali je pojav stalne ali naključne narave, ali se na enak način manifestira, ko se eksperimentalni pogoji spremenijo, kateri specifični pogoji nanj vplivajo;

po eksperimentalni potrditvi hipoteza postane teorija ;

preizkusiti teorijo in pri iskanju natančnih odgovorov na vprašanja znanstveniki izvajajo dodatne poskuse.

Uporabljajo se tudi metode, specifične za vsako posamezno znanost, za biologijo so to:

genealoški . Iskanje prednikov, korelacija na novo odkritega organizma z možnimi sorodniki na drevesu evolucije;

tkivne kulture. Za preučevanje fizioloških značilnosti telesa, vpliva različnih dejavnikov nanj, se izvajajo študije na vzorcih njegovih tkiv;

embriološke. Preučevanje razvojnega procesa živega organizma pred njegovim rojstvom;

citogenetski. Raziskave genoma in strukture celice;

biokemijski. Kemijske študije celične vsebine, tkiv, notranjega okolja in telesnih izločkov.

Obstaja veliko bioloških metod, ki se poleg zgoraj naštetih pogosto uporabljajo v znanosti: hibridizacija, paleontološka, ​​centrifugiranje in številne druge.

Vloga biologije pri oblikovanju naravoslovne slike sveta

Znanje o biosferi pomaga človeštvu napovedovati dolgoročne in kratkoročne procese na Zemlji ter jih poskušati obvladovati. Tako človek ob poznavanju vloge zelenih rastlin pri oblikovanju kisikovega okolja planeta razume pomen ohranjanja gozdov. Človeštvo, ki ima znanje o odnosih med organizmi, trenutno ne dopušča več nevarnih poskusov vnašanja novih živali in rastlin v stabilen ekosistem, to določa celo mednarodna zakonodaja. Ljudje ne delajo več napak, kot je prinašanje zajcev v Avstralijo ali rakunastih psov na Daljni vzhod ZSSR. Trenutno so v Kaliforniji problem postale tujerodne rastlinske vrste, ki zatirajo dragocene reliktne vrste lokalne flore.

Biološke vede lahko rešijo marsikatero težavo pri zagotavljanju prehranske varnosti. Žlahtnjenje novih vrst rastlin in živali lahko poveča produktivnost, zaščiti pridelke pred škodljivci in poveča kmetijsko produktivnost.

Genetikainfiziologija Trenutno igrajo zelo pomembno vlogo pri pridobivanju medicinskega znanja, prispevajo k razvoju novih metod zdravljenja, ustvarjanju zdravil, kar omogoča premagovanje bolezni in patologij, ki so veljale za neozdravljive, ter preprečevanje in zaustavitev njihovega razvoja v vnaprej.

Z uporabo mikrobiologija Razvijajo se cepiva in serumi, nove vrste živil in pijač.

Dendrologija in ekologija gradbeništvu in celulozno-papirni industriji omogočiti oskrbo z obnovljivim naravnim virom – lesom.

Entomologija in botanika – pomagati pri razvoju in izboljšavi že znanih vrst tkanin.

Vsaka od bioloških ved, vključno s paleontologijo in drugimi, ki se zdijo nepomembne, močno vpliva na predstavitev znanja o zgodovini razvoja planeta, mestu človeka med živimi organizmi, pomaga izboljšati kakovost življenja in zaščititi pred vplivom škodljivih okoljskih dejavnikov.

Najpomembnejši dogodki prve polovice 19. stoletja so bili nastanek paleontologije in bioloških osnov stratigrafije, nastanek celične teorije, nastanek primerjalne anatomije in primerjalne embriologije. Osrednja dogodka druge polovice 19. stoletja sta bila izid dela Charlesa Darwina O izvoru vrst in širjenje evolucijskega pristopa v številnih bioloških disciplinah.

Celična teorija

Celična teorija je bila oblikovana leta 1839. Nemški zoolog in fiziolog T. Schwann. Po tej teoriji imajo vsi organizmi celično strukturo. Celična teorija je uveljavljala enotnost živalskega in rastlinskega sveta, prisotnost enega samega elementa telesa živega organizma - celic. Kot vsaka večja znanstvena posplošitev tudi celična teorija ni nastala nenadoma: pred njo so bila posamezna odkritja različnih raziskovalcev.

V začetku 19. stol. Izvedeni so bili poskusi preučevanja notranje vsebine celice. Leta 1825 Češki znanstvenik J. Purkynė je odkril jedro v jajcih ptic. Leta 1831 Angleški botanik R. Brown je prvi opisal jedro rastlinskih celic in leta 1833. prišel je do zaključka, da je jedro bistveni del rastlinske celice. Tako se je v tem času spremenila zamisel o strukturi celice: glavna stvar v njeni organizaciji se ni začela šteti za celično steno, temveč za vsebino.

Oblikovanju celične teorije je bil najbližji nemški botanik M. Schleiden, ki je ugotovil, da je telo rastlin sestavljeno iz celic.

Številna opazovanja o strukturi celice in posploševanje zbranih podatkov so T. Schwannu leta 1839 omogočili številne zaključke, ki so jih kasneje poimenovali celična teorija. Znanstvenik je pokazal, da so vsi živi organizmi sestavljeni iz celic, da so celice rastlin in živali v osnovi podobne druga drugi.

Celična teorija vključuje naslednja osnovna načela:

1) Celica je osnovna enota živih bitij, sposobna samoobnavljanja, samoregulacije in samoreprodukcije in je enota zgradbe, delovanja in razvoja vseh živih organizmov.

2) Celice vseh živih organizmov so podobne po zgradbi, kemični sestavi in ​​osnovnih manifestacijah življenjske aktivnosti.

3) Razmnoževanje celic poteka z delitvijo prvotne matične celice.

4) V večceličnem organizmu se celice specializirajo za funkcije in tvorijo tkiva, iz katerih so zgrajeni organi in njihovi sistemi, ki so med seboj povezani z medceličnimi, humoralnimi in živčnimi oblikami regulacije.

Nastanek celične teorije je postal najpomembnejši dogodek v biologiji, eden odločilnih dokazov o enotnosti žive narave. Celična teorija je pomembno vplivala na razvoj biologije kot znanosti in služila kot temelj za razvoj disciplin, kot so embriologija, histologija in fiziologija. Omogočil je ustvarjanje osnov za razumevanje življenja, individualnega razvoja organizmov in razlago evolucijske povezanosti med njimi. Osnovna načela celične teorije so ohranila svoj pomen še danes, čeprav so bile v več kot sto petdesetih letih pridobljene nove informacije o zgradbi, življenjski dejavnosti in razvoju celice.

Evolucijska teorija Charlesa Darwina

Revolucijo v znanosti je naredila knjiga velikega angleškega naravoslovca Charlesa Darwina "Izvor vrst", napisana leta 1859. S povzetkom empiričnega gradiva sodobne biologije in rejske prakse je na podlagi rezultatov lastnih opazovanj na svojih potovanjih razkril glavne dejavnike razvoja organskega sveta. V knjigi "Spremembe domačih živali in gojenih rastlin" (1868) je k glavnemu delu predstavil dodatno stvarno gradivo. V knjigi "Poreklo človeka in spolna selekcija" (1871) je postavil hipotezo o izvoru človeka iz opica podobnega prednika.

Bistvo Darwinovega koncepta evolucije se spušča v številne logične, eksperimentalno preverljive in potrjene z ogromno dejanskimi podatki:

1) Znotraj vsake vrste živih organizmov obstaja ogromen razpon individualne dedne variabilnosti v morfoloških, fizioloških, vedenjskih in drugih značilnostih. Ta spremenljivost je lahko stalna, kvantitativna ali občasna kvalitativna, vendar vedno obstaja.

2) Vsi živi organizmi se množijo eksponentno.

3) Življenjski viri za katero koli vrsto živih organizmov so omejeni, zato mora obstajati boj za obstoj med posamezniki iste vrste ali med posamezniki različnih vrst ali z naravnimi pogoji. V koncept »boja za obstoj« je Darwin vključil ne le posameznikov dejanski boj za življenje, temveč tudi boj za uspeh pri razmnoževanju.

4) V pogojih boja za obstoj najbolj prilagojeni posamezniki preživijo in rodijo potomce, ki imajo tista odstopanja, ki so se po naključju izkazala za prilagodljiva danim okoljskim razmeram. To je bistveno pomembna točka v Darwinovem argumentu. Odstopanja ne nastanejo namerno - kot odgovor na delovanje okolja, ampak naključno. Nekaj ​​se jih izkaže za uporabne v posebnih pogojih. Potomci preživelega posameznika, ki podedujejo koristno deviacijo, ki je njihovemu predniku omogočila preživetje, se izkažejo za bolj prilagojene danemu okolju kot drugi člani populacije.

5) Darwin je preživetje in prednostno razmnoževanje prilagojenih osebkov imenoval naravna selekcija.

6) Naravna selekcija posameznih izoliranih sort v različnih pogojih obstoja postopoma vodi do divergence (razhajanja) lastnosti teh sort in na koncu do speciacije.

Darwinova teorija temelji na lastnosti organizmov, da skozi vrsto generacij ponavljajo podobne tipe metabolizma in individualnega razvoja nasploh – lastnost dednosti. Dednost skupaj s spremenljivostjo zagotavlja stalnost in pestrost življenjskih oblik ter je osnova evolucije žive narave. Darwin je uporabil enega glavnih konceptov svoje teorije evolucije - koncept "boja za obstoj" - za označevanje odnosov med organizmi, pa tudi odnosov med organizmi in abiotskimi razmerami, ki vodijo v smrt manj prilagojenih osebkov in preživetje. bolj prilagojenih posameznikov.

Darwin je identificiral dve glavni obliki variabilnosti:

Določena variabilnost - zmožnost vseh posameznikov iste vrste v določenih okoljskih razmerah, da na te razmere reagirajo na enak način (podnebje, tla);

Negotova variabilnost, katere narava ne ustreza spremembam zunanjih pogojev.

V sodobni terminologiji se nedefinirana variabilnost imenuje mutacija. Mutacija je nedoločena variabilnost, za razliko od določene, ki je dedne narave. Po Darwinu se manjše spremembe v prvi generaciji povečajo v naslednjih. Darwin je poudaril, da ima v evoluciji odločilno vlogo negotova variabilnost. Običajno je povezana s škodljivimi in nevtralnimi mutacijami, možne pa so tudi mutacije, ki se izkažejo za obetavne. Neizogibna posledica boja za obstoj in dedne variabilnosti organizmov je po Darwinu proces preživetja in razmnoževanja organizmov, ki so najbolj prilagojeni na okoljske razmere, in odmiranje tistih, ki so se med evolucijo neprilagojenih - naravna selekcija.

Mehanizem naravne selekcije v naravi deluje podobno kot pri rejcih, tj. sešteva nepomembne in negotove individualne razlike in iz njih oblikuje potrebne prilagoditve v organizmih ter medvrstne razlike. Ta mehanizem zavrže nepotrebne oblike in oblikuje nove vrste. Darvinizem: zgodovina in sodobnost. M., Nauka, 1985

Teza o naravni selekciji je poleg načel boja za obstoj, dednosti in variabilnosti osnova Darwinove teorije evolucije.

Celična teorija in Darwinov nauk o evoluciji sta najpomembnejša dosežka biologije 19. stoletja. Mislim pa, da je vredno omeniti še druga dokaj pomembna odkritja.

Z razvojem fizike in kemije prihaja tudi do sprememb v medicini. Sčasoma se število vlog za elektriko povečuje. Njegova uporaba v medicini je pomenila začetek elektro- in iontoforeze. Posebno zanimanje med zdravniki je vzbudilo Rentgenovo odkritje rentgenskih žarkov. Fizikalne laboratorije, kjer je nastala oprema, ki jo je Roentgen uporabljal za izdelavo rentgenskih žarkov, so napadli zdravniki in njihovi pacienti, ki so sumili, da so v njih nekoč pogoltne igle, gumbi itd. Zgodovina medicine še ni poznala tako hitrega uveljavljanja odkritij na področju elektrike, kot se je to zgodilo z novim diagnostičnim orodjem - rentgenskimi žarki.

Od konca 19. stoletja so poskusi na živalih začeli določati mejne - nevarne - vrednosti toka in napetosti. Določitev teh vrednosti je bila potrebna zaradi potrebe po ustvarjanju zaščitnih ukrepov.

Zelo pomembno odkritje na področju medicine in biologije je bilo odkritje vitaminov. Leta 1820 je naš rojak P. Vishnevsky prvič predlagal obstoj določene snovi v antiskorbutnih izdelkih, ki spodbuja pravilno delovanje telesa. Dejansko odkritje vitaminov pripada N. Luninu, ki je leta 1880 dokazal, da hrana vsebuje nekatere vitalne elemente. Izraz "vitamini" izhaja iz latinskih korenin: "vita" - življenje in "amine" - dušikova spojina.

V 19. stoletju se je začel boj proti nalezljivim boleznim. Angleški zdravnik Jenner je izumil cepivo, Robert Koch je odkril povzročitelja tuberkuloze - Kochov bacil, razvil pa je tudi preventivne ukrepe proti epidemijam in ustvaril zdravila.

Mikrobiologija

Louis Pasteur je svetu dal novo znanost - mikrobiologijo.

Ta človek, ki je prišel do številnih briljantnih odkritij, je moral vse življenje braniti svoje resnice v nekoristnih sporih. Naravoslovci po vsem svetu so razpravljali o tem, ali "spontana generacija" živih organizmov obstaja ali ne. Pasteur se ni prepiral, Pasteur je delal. Zakaj vino fermentira? Zakaj se mleko kisa? Pasteur je ugotovil, da je proces fermentacije biološki proces, ki ga povzročajo mikrobi.

V Pasteurjevem laboratoriju je še vedno bučka neverjetne oblike - krhka struktura z bizarno ukrivljenim nosom. Pred več kot 100 leti so vanjo točili mlado vino. Do danes se ni skisal - skrivnost njegove oblike ga varuje pred fermentacijskimi mikrobi.

Pasteurjevi poskusi so bili velikega pomena za ustvarjanje metod za sterilizacijo in pasterizacijo (segrevanje tekočine na 80 °C za uničenje mikroorganizmov in nato hitro hlajenje) različnih izdelkov. Razvil je metode preventivnega cepljenja proti nalezljivim boleznim. Njegove raziskave so služile kot osnova za učenja o imunosti.

Genetika

Leta 1865 so bili objavljeni rezultati dela o hibridizaciji sort graha, kjer so odkrili najpomembnejše zakonitosti dednosti. Avtor teh del, češki raziskovalec Gregor Mendel, je pokazal, da lastnosti organizmov določajo diskretni dedni dejavniki. Vendar pa so ta dela skoraj 35 let - od 1865 do 1900 - ostala skoraj neznana.

Biologija kot znanost.

Biologija - veda, ki proučuje lastnosti živih sistemov.

Znanost - to je področje človekove dejavnosti za pridobivanje in sistematizacijo objektivnega znanja o resničnosti.

Objekt – znanost – biologijaje življenje v vseh njegovih pojavnih oblikah in oblikah ter na različnih ravneh. Nosilec življenja so živa telesa. Vse, kar je povezano z njihovim obstojem, preučuje biologija.

Metoda - to je pot raziskovanja, skozi katero gre znanstvenik pri reševanju katere koli znanstvene naloge ali problema.

Osnovne metode znanosti:

Posebne metode v biologiji:

znanosti

Znaki in lastnosti živih bitij

Ravni organiziranosti žive narave

Znanstveniki - biologi

Biologija je kot znanost.

del A.

1. Biologija kot znanost preučuje 1) splošne strukturne značilnosti rastlin in živali; 2) odnos med živo in neživo naravo; 3) procesi, ki se pojavljajo v živih sistemih; 4) izvor življenja na Zemlji.

2.I.P. Pavlov je v svojih delih o prebavi uporabil naslednje raziskovalne metode: 1) zgodovinsko; 2) opisni; 3) eksperimentalni; 4) biokemični.

3. Predpostavka Charlesa Darwina, da ima vsaka moderna vrsta ali skupina vrst skupne prednike, je 1) teorija; 2) hipoteza; 3) dejstvo; 4) dokazilo.

4.Embriologija proučuje 1) razvoj organizma od zigote do rojstva; 2) zgradba in funkcije jajčeca; 3) poporodni človeški razvoj; 4) razvoj organizma od rojstva do smrti.

5. Število in obliko kromosomov v celici določajo 1) biokemične raziskave; 2) citološki; 3) centrifugiranje; 4) primerjalno.

6. Selekcija kot znanost rešuje probleme 1) ustvarjanja novih sort rastlin in živalskih pasem; 2) ohranjanje biosfere; 3) ustvarjanje agrocenoz; 4) ustvarjanje novih gnojil.

7. Vzorci dedovanja lastnosti pri ljudeh se ugotavljajo z 1) eksperimentalnimi metodami; 2) hibridološki; 3) genealoški; 4) opažanja.

8. Posebnost znanstvenika, ki preučuje fine strukture kromosomov, se imenuje: 1) žlahtnitelj; 2) citogenetika; 3) morfolog; 4) embriolog.

9. Sistematika je veda, ki se ukvarja s 1) proučevanjem zunanje zgradbe organizmov; 2) preučevanje funkcij telesa; 3) prepoznavanje povezav med organizmi; 4) razvrstitev organizmov.

10. Sposobnost telesa, da se odzove na vplive okolja, se imenuje: 1) razmnoževanje; 2) evolucija; 3) razdražljivost; 4) norma reakcije.

11. Presnova in pretvorba energije je znak, s katerim: 1) ugotavljajo podobnost teles žive in nežive narave; 2) živa bitja je mogoče razlikovati od neživega; 3) enocelični organizmi se razlikujejo od večceličnih; 4) živali se razlikujejo od ljudi.

12. Za žive predmete narave je v nasprotju z neživimi telesi značilno: 1) zmanjšanje teže; 2) gibanje v prostoru; 3) dihanje; 4) raztapljanje snovi v vodi.

13. Pojav mutacij je povezan s takšnimi lastnostmi organizma, kot so: 1) dednost; 2) variabilnost; 3) razdražljivost; 4) samoreprodukcija.

14. Fotosinteza, biosinteza beljakovin sta znaka: 1) plastičnega metabolizma; 2) energetski metabolizem; 3) prehrana in dihanje; 4) homeostaza.

15. Na kateri ravni organizacije živih bitij pride do genskih mutacij: 1) organizmov; 2) celični; 3) vrste; 4) molekularni.

16. Struktura in funkcije beljakovinskih molekul se preučujejo na ravni organizacije živih bitij: 1) organizem; 2) tkanina; 3) molekularni; 4) prebivalstvo.

17. Na kateri ravni organizacije živih bitij poteka kroženje snovi v naravi?

1) celični; 2) organizem; 3) populacija - vrsta; 4) biosfera.

18. Živa bitja se od neživega razlikujejo po sposobnosti: 1) spreminjanja lastnosti predmeta pod vplivom okolja; 2) sodelujejo v kroženju snovi; 3) razmnožujejo svoje vrste; 4) spreminjanje velikosti predmeta pod vplivom okolja.

19. Celična zgradba je pomembna lastnost živih bitij, značilna za: 1) bakteriofage; 2) virusi; 3) kristali; 4) bakterije.

20. Ohranjanje relativne konstantnosti kemične sestave telesa se imenuje:

1) metabolizem; 2) asimilacija; 3) homeostaza; 4) prilagajanje.

21. Umik roke stran od vročega predmeta je primer: 1) razdražljivosti 2) sposobnosti prilagajanja; 3) dedovanje lastnosti od staršev; 4) samoregulacija.

22. Kateri od izrazov je sinonim za pojem "metabolizem": 1) anabolizem; 2) katabolizem; 3) asimilacija; 4) metabolizem.

23. Vloga ribosomov v procesu biosinteze beljakovin se preučuje na ravni organizacije živih bitij:

1) organizem; 2) celični; 3) tkanina; 4) prebivalstvo.

24. Na kateri ravni organizacije poteka izvajanje dednih informacij:

1) biosfera; 2) ekosistem; 3) prebivalstvo; 4) organizem.

25. Raven, na kateri se preučujejo procesi biogene migracije atomov, se imenuje:

1) biogeocenotski; 2) biosfera; 3) populacijsko-vrstni; 4) molekularno – genetski.

26. Na populacijsko-vrstni ravni preučujejo: 1) genske mutacije; 2) odnosi med organizmi iste vrste; 3) organski sistemi; 4) presnovni procesi v telesu.

27.Kateri od naštetih bioloških sistemov tvori najvišji življenjski standard?

1) celica amebe; 2) virus črnih koz; 3) čreda jelenov; 4) naravni rezervat.

28.Katera metoda genetike se uporablja za ugotavljanje vloge okoljskih dejavnikov pri oblikovanju fenotipa osebe? 1) genealoški; 2) biokemični; 3) paleontološki;

4) dvojček.

29. Genealoška metoda se uporablja za 1) pridobivanje genskih in genomskih mutacij; 2) preučevanje vpliva vzgoje na človekovo ontogenezo; 3) študije človeške dednosti in variabilnosti; 4) preučevanje stopenj evolucije organskega sveta.

30. Katera znanost preučuje odtise in fosile izumrlih organizmov? 1) fiziologija; 2) ekologija; 3) paleontologija; 4) izbor.

31. Znanost se ukvarja s preučevanjem raznolikosti organizmov in njihovo klasifikacijo: 1) genetika;

2) taksonomija; 3) fiziologija; 4) ekologija.

32. Znanost preučuje razvoj živalskega telesa od trenutka nastanka zigote do rojstva.

1) genetika; 2) fiziologija; 3) morfologija; 4) embriologija.

33.Katera veda preučuje zgradbo in funkcije celic v organizmih različnih kraljestev žive narave?

1) ekologija; 2) genetika; 3) izbor; 4) citologija.

34.Bistvo hibridološke metode je 1) križanje organizmov in analiza potomcev; 2) umetno pridobivanje mutacij; 3) raziskovanje družinskega drevesa; 4) preučevanje stopenj ontogeneze.

35. Katera metoda vam omogoča selektivno izolacijo in študij celičnih organelov? 1) križanje;

2) centrifugiranje; 3) modeliranje; 4) biokemični.

36.Katera znanost preučuje življenjsko aktivnost organizmov? 1) biogeografija; 2) embriologija; 3) primerjalna anatomija; 4) fiziologija.

37.Katera biološka veda preučuje fosilne ostanke rastlin in živali?

1) taksonomija; 2) botanika; 3) zoologija; 4) paleontologija.

38.Katera biološka znanost je povezana s tako vejo živilske industrije, kot je izdelava sira?

1) mikologija; 2) genetika; 3) biotehnologija; 4) mikrobiologija.

39. Hipoteza je 1) splošno sprejeta razlaga pojava; 2) enako kot teorija; 3) poskus razlage določenega pojava; 4) stabilna razmerja med pojavi v naravi.

40.Izberi pravilno zaporedje faz znanstvenega raziskovanja

1) hipoteza-opazovanje-teorija-eksperiment; 2) opazovanje-poskus-hipoteza-teorija; 3) opazovanje-hipoteza-eksperiment-teorija; 4) hipoteza-eksperiment-opazovanje-zakon.

41.Katera metoda biološkega raziskovanja je najstarejša? 1) eksperimentalni; 2) primerjalno-opisni; 3) spremljanje; 4) modeliranje.

42.Kateri del mikroskopa spada v optični sistem? 1) osnova; 2) držalo cevi; 3) predmetna miza; 4) leča.

43.Izberi pravilno zaporedje svetlobnih žarkov v svetlobnem mikroskopu

1) leča-vzorec-cevka-okular; 2) ogledalo-leča-cevka-okular; 3) okular-tubus-leča-ogledalo; 4) cev-ogledalo-preizkus-leča.

44. Primer katere stopnje organizacije žive snovi je odsek borovega gozda?

1) organizmi; 2) specifično za populacijo; 3) biogeocenotski; 4) biosfera.

45.Katera od naslednjih lastnosti ni lastnost bioloških sistemov? 1) sposobnost odzivanja na okoljske dražljaje; 2) sposobnost prejemanja energije in njene uporabe; 3) sposobnost razmnoževanja; 4) kompleksna organizacija.

46.Katera veda preučuje predvsem nadorganizmske nivoje organizacije žive snovi?

1) ekologija; 2) botanika; 3) evolucijski nauk; 4) biogeografija.

47. Na katerih nivojih organizacije se nahaja Chlamydomonas? 1) samo celični; 2) celične in tkivne; 3) celični in organizmski; 4) celične in populacijsko-vrstne.

48.Biološki sistemi so 1) izolirani; 2) zaprto; 3) zaprto; 4) odprto.

49. Katero metodo naj uporabimo za proučevanje sezonskih sprememb v naravi? 1) merjenje; 2) opazovanje; 3) poskus; 4) razvrstitev.

50. Znanost se ukvarja z ustvarjanjem novih sort poliploidnih rastlin pšenice: 1) selekcija; 2) fiziologija; 3) botanika; 4) biokemija.

B. del (izberite tri pravilne odgovore)

V1. Navedite tri funkcije, ki jih opravlja sodobna celična teorija: 1) eksperimentalno potrjuje znanstvene podatke o zgradbi organizmov; 2) napoveduje nastanek novih dejstev in pojavov; 3) opiše celično zgradbo različnih organizmov; 4) sistematizira, analizira in razlaga nova dejstva o celični zgradbi organizmov; 5) postavlja hipoteze o celični zgradbi vseh organizmov; 6) ustvarja nove metode za preučevanje celic.

V2. Izberite procese, ki se odvijajo na molekularni genetski ravni: 1) replikacija DNA; 2) dedovanje Downove bolezni; 3) encimske reakcije; 4) zgradba mitohondrijev; 5) zgradba celične membrane; 6) krvni obtok.

Del B. (navedite skladnost)

V3. Povežite naravo prilagajanja organizmov s pogoji, v katere so se razvili:

Prilagoditvene ravni življenja

A) svetla barva samcev pavijanov 1) zaščita pred plenilci

B) lisasta obarvanost mladih jelenov 2) iskanje spolnega partnerja

B) boj med dvema losoma

D) podobnost paličnjakov z vejicami

D) strupenost pajkov

E) močan vonj pri mačkah

del C.

1.Katere prilagoditve rastlin jim zagotavljajo razmnoževanje in naselitev?

2. Kakšne so podobnosti in kakšne razlike med različnimi ravnmi organizacije življenja?

3. Razporedite ravni organiziranosti žive snovi po principu hierarhije. Kateri sistem temelji na istem principu hierarhije? Katere veje biologije proučujejo življenje na vsaki ravni?

4. Kakšna je po vašem mnenju stopnja odgovornosti znanstvenikov za družbene in moralne posledice njihovih odkritij?

1. Konec dobe antibiotikov

Leto 2017 je pokazalo, da se je doba antibiotikov, ki je trajala skoraj stoletje, končala. Bakterije so se naučile razviti odpornost na znana zdravila, vendar ni ne časa ne dovolj sredstev za razvoj novih. Zdravniki in znanstveniki črpajo mračne napovedi: če ne bomo ukrepali, bodo mikroorganizmi pokončali človeštvo veliko prej kot podnebne spremembe. Vendar te grožnje še vedno ne jemljejo resno. Vzrok za pojav superbakterij je hitrost razmnoževanja mikroorganizmov in njihova sposobnost izmenjave genetskih informacij. Edina bakterija, ki je pridobila gen za odpornost na zdravila, ga bo delila s svojimi sorodniki. Da bi človeštvu omogočili preživetje, raziskovalci iščejo zamenjave za običajna zdravila. Za boj proti superbakterijam se predlaga uporaba CRISPR, nanodelcev in novih, močnejših antibiotikov. Razvoj teh in drugih metod je mogoč le z raziskavami molekularnih mehanizmov odpornosti.

2. Čas nastanka življenja je bil razjasnjen

Vprašanje, kako se je življenje pojavilo na Zemlji, je eno najpomembnejših v biologiji. Natančni datumi in pogoji za nastanek življenja ostajajo predmet razprave. Lani so raziskovalci iz Avstralije preučevali 3,48 milijarde let stare kamnine in v njih odkrili sledi mikroorganizmov. To pomeni, da bi se lahko primitivne oblike življenja pojavile že prej – pred približno 4 milijardami let. Zanimivo je, da proučevane kamnine pripadajo kopenskim nahajališčem – kar pomeni, da zibelka življenja ni mogel biti ocean, temveč topli vrelci na kopnem. Tudi v preteklem letu so znanstveniki preučevali molekularne mehanizme, ki so spremljali zgodnje faze nastanka živih organizmov. Zlasti je bila postavljena pod vprašaj priljubljena hipoteza o svetu RNK: po novih raziskavah so RNK in proteini enakovredno sodelovali pri nastanku življenja.

3. Pojav nove vrste ptic

Običajno je evolucija zelo dolg proces, skoraj neviden človeškemu očesu. Traja na stotine in tisoče let, da se lastnost uveljavi v populaciji. Zato so se znanstveniki prisiljeni ukvarjati z dokazi evolucije, ujetimi v fosilih in DNK, navadni ljudje pa dvomijo o resničnosti evolucije. Še redkeje se zgodi preobrazba ene vrste v drugo in opazovati kaj takega je prava sreča, ki osvetli marsikatero skrivnost evolucije. Lani so raziskovalci objavili, da so lahko videli rojstvo nove vrste ptic.

Odkritje je bilo narejeno na ikoničnem mestu za vse biologe – Galapaškem otočju, ki je navdihnilo Charlesa Darwina, da je ustvaril svojo teorijo. Ornitologi z Univerze Princeton, Rosemary in Peter Grant, sta štirideset let preučevali tukajšnje Darwinove ščinkavce. Med delom na otočku Daphne so odkrili, da se je lokalni vrsti ščinkavcev pridružil tujec z oddaljenega otoka Hispaniola, samec vrste Geospiza conirostris z vzdevkom Velika ptica. Zaradi pomanjkanja samic njegove vrste se je paril z lokalnimi pticami. Potomci teh zvez se po petju in videzu tako razlikujejo od drugih ščinkavcev, da jih lahko prepoznamo kot novo vrsto.

4. Evolucija je priznana kot neskončna

Leta 2017 je eden najdaljših poskusov v zgodovini biologije praznoval obletnico. Raziskovalci pod vodstvom mikrobiologa Richarda Lenskega že 30 let spremljajo razvoj bakterije Escherichia coli. V tem času se je uspelo zamenjati 67.000 generacij, kar ustreza milijonu let človeške evolucije. Kljub častitljivi starosti se eksperiment nadaljuje in prinaša nova odkritja. Analiza njegovih rezultatov, ki je bila opravljena lani, je ovrgla eno izmed priljubljenih idej v sodobni biologiji. Po mnenju mnogih strokovnjakov obstaja meja prilagajanja: ko se vrsta popolnoma prilagodi stabilnemu habitatu, se bo njen razvoj ustavil. Vendar pa so desetletja opazovanja mikroorganizmov dokazala, da se bo evolucija tudi v tem primeru nadaljevala in da prilagodljivost ni meja. To je bolj skladno s pogledi Charlesa Darwina kot z idejami sodobnih specialistov.

5. Novi znaki krize biotske raznovrstnosti

Mnogi raziskovalci so nagnjeni k prepričanju, da živimo v dobi šestega množičnega izumrtja – največjega od izginotja dinozavrov pred 65 milijoni let. Stopnja izumiranja vrst je zdaj veliko višja kot kadar koli v zadnjih milijonih let - proces, ki se že imenuje "biološko uničenje", zanj pa so krivi ljudje, ki uničujejo živali, rastline in njihove habitate. Eden najbolj zaskrbljujočih dejstev, ki jih je znanost spoznala v preteklem letu, je rezultat študije nizozemskih ekologov, ki so proučevali število letečih žuželk v Nemčiji. Ugotovili so, da se je v samo 28 letih zmanjšal za 76 %, v poletnih mesecih pa je ta številka dosegla 82 %.

Znanstveniki po vsem svetu so že prej sumili, da je žuželk vse manj, vendar je tokrat prvič podana tako stroga in zastrašujoča ocena. Še posebej neprijetno je, da je bila študija izvedena na območju naravnih rezervatov, kjer je človekov poseg v naravo omejen. Avtorji so ugotovili, da izumrtja žuželk ni mogoče pojasniti ne z vremenskimi razmerami ne z značilnostmi pokrajine. Morda so krive podnebne spremembe ali uporaba pesticidov. Izginotje žuželk je zelo zaskrbljujoč signal, saj služijo kot hrana številnim drugim vrstam in so pomembni opraševalci, brez katerih bodo umrle ne le divje rastline, ampak tudi kmetijstvo.

6. Znanstveniki so se naučili selektivno brisati spomine

Nevroznanost napreduje hitreje kot katera koli druga veja biologije. Leta 2017 je prišlo do številnih neverjetnih odkritij o tem, kako delujejo možgani: znanstveniki so ugotovili, kakšen učinek imajo nanje pametni telefoni, v njih so odkrili samočistilni sistem in izvedeli, da smo ljudje, tako kot AI, sposobni globokega učenja. Med temi novicami je težko izpostaviti glavno, morda pa bi jo morali imenovati nov korak k upravljanju pomnilnika. Z eksperimentiranjem z morskim mehkužcem Aplysia, klasičnim modelnim objektom za preučevanje spomina, so se znanstveniki naučili izklopiti spomine, zapisane v nevronih. Da bi to naredili, je bilo potrebno blokirati encim protein kinazo M v želenih celicah. V prihodnosti lahko raziskava pomaga ljudem, ki trpijo zaradi bolečih spominov. Ta tehnika je lahko še posebej učinkovita v boju proti posttravmatskemu sindromu.

7. Dieta lahko pozdravi sladkorno bolezen

Širjenje sladkorne bolezni je postalo epidemija: po nekaterih napovedih bo do sredine stoletja za njo zbolela do tretjina prebivalcev ZDA. Glavni porast je sladkorna bolezen tipa 2, ki je povezana s čezmerno telesno težo in slabo prehrano. V zgodnjih fazah zdravniki priporočajo nadzor z dieto. Kot pa je pokazala študija znanstvenikov z univerze Yale, lahko stroge prehranske omejitve celo popolnoma pozdravijo sladkorno bolezen tipa 2.

Dokazi o tem so se pojavljali že prej, vendar je bila tokrat prvič izvedena temeljita študija. Kot se je izkazalo, je dieta naredila jetra bolj odzivna na inzulin z zmanjšanjem količine maščobe in zavirala proizvodnjo glukoze iz drugih snovi. V poskusu z glodalci so se pozitivne spremembe začele šele 3 dni po uvedbi prehranskih omejitev. Te ugotovitve potrjuje delo znanstvenikov z Univerze v Glasgowu. Študija s 300 bolniki je pokazala, da bi zmanjšanje dnevnega vnosa kalorij na 800 za 3 do 5 mesecev lahko obrnilo sladkorno bolezen brez zdravil.
8. Razvili so učinkovito moško kontracepcijo

Znanstveniki že dolgo poskušajo ustvariti učinkovito in priročno kontracepcijo za moške, podobno ženskim kontracepcijskim tabletam. Kondomi, danes pogosta rešitev, se mnogim zdijo neudobni in zmanjšujejo kakovost seksa, vazektomija pa preveč radikalna. Posledično pri večini parov breme zaščite pade na ramena ženske ali pa se uporabljajo nezanesljive metode, kot je prekinjeni spolni odnos. Zdi se, da je bil leta 2017 na tem področju dosežen preboj.

Ekipa znanstvenikov je za kontracepcijo uporabila gel, ki se vbrizga v semenovod in jih blokira, zaradi česar semenčica ostane v telesu in se absorbira. Dveletni poskusi na opicah makaki so pokazali 100-odstotno učinkovitost zdravila, pa tudi odsotnost stranskih učinkov, kot je vnetje. Učinek gela je reverzibilen: »čepke« lahko odstranimo z ultrazvokom. Alternativna rešitev uporablja hormone, kot pri ženski kontracepciji. V ramena je treba vtreti gel, ki vsebuje progestin in testosteron, zaradi česar se število semenčic zmanjša na raven, pri kateri je nosečnost nemogoča. Leta 2018 se bodo začela obsežna preskušanja zdravila. Raziskovalci upajo, da za razliko od prejšnjih hormonskih moških kontraceptivov njihov razvoj ne bo povzročil nihanj razpoloženja in drugih neprijetnih posledic.

9. Naprednejša protetika

Ustvarjanje kompleksne sodobne protetike je področje, kjer se medicina in biologija srečujeta z umetno inteligenco in visoko tehnologijo. Razvijalci umetnih udov se ne zadovoljijo več z ustvarjanjem udobnih in lahkih protetik; njihov cilj je zdaj narediti protetiko tako funkcionalno in spretno kot prave človeške roke. Leta 2017 so se znanstveniki in inženirji uspeli približati rešitvi tega problema. Robotska roka, ki so jo ustvarili zaposleni na Georgia Institute of Technology, lastniku omogoča premikanje vsakega prsta posebej. Ta sposobnost je dosežena z interakcijo med protezo in mišicami v preostalem delu roke. Ultrazvočna sonda, vgrajena v roko, ugotavlja, kateri se premikajo, in s pomočjo posebnega algoritma te informacije prevede v gibe prstov. Naprava je dovolj napredna, da lahko z njo igrate klavir.

10. Iskanje življenja v vesolju

Zanimanje za vesolje zadnja leta vztrajno narašča in vprašanje »Smo sami v vesolju?« razplamtela z novo močjo. Vsako tiskovno konferenco Nase v letu 2017 so spremljala pričakovanja, da bomo kmalu obveščeni o odkritju nezemeljskega življenja. Žal se to lani ni zgodilo. Vendar pa so znanstveniki izboljšali načine za iskanje znakov življenja v vesolju z uporabo biomarkerjev in razvili nove načrte za misije v potencialno naseljive svetove, kot je Saturnova luna Enceladus.

Eden od glavnih upov leta je bilo odkritje sedmih Zemlji podobnih planetov v sistemu TRAPPIST-1, od katerih jih je šest v potencialno naseljivem »območju Zlatolaske« (še enega so kasneje odkrili okoli rdečega pritlikavca Rossa 128). Nekateri raziskovalci pa menijo, da je tam življenje nemogoče: stopnja UV-sevanja zvezde je previsoka in ne pušča možnosti za obstoj atmosfere in življenja na osnovi ogljika. Drugo razočaranje je bilo odkritje škotskih znanstvenikov, ki so dokazali, da je površje Marsa strupeno za življenje bakterij. Vendar pa astronomi in biologi verjamejo, da bodo zunajzemeljsko življenje odkrili v 10-15 letih.

Deset največjih dosežkov desetletja v biologiji in medicini Verzija neodvisnega strokovnjaka

Nove visoko zmogljive metode sekvenciranja DNK – »cena« genoma pada

MikroRNK – o čemer je molčal genom

Nove visoko zmogljive metode sekvenciranja DNK – »cena« genoma pada

Eden od ustanoviteljev slovitega podjetja Intel, G. Moore, je nekoč oblikoval empirični zakon, ki še vedno velja: računalniška produktivnost se bo vsaki dve leti podvojila. Produktivnost sekvencerjev DNK, ki se uporabljajo za dešifriranje nukleotidnih zaporedij DNK in RNK, raste še hitreje kot po Moorovem zakonu. Skladno s tem padajo stroški branja genomov.

Tako so stroški dela na projektu človeškega genoma, ki se je končal leta 2000, znašali 13 milijard dolarjev. Nove tehnologije množičnega sekvenciranja, ki so se pojavile pozneje, so temeljile na vzporedni analizi številnih fragmentov DNK (najprej v mikrovdolbinicah, zdaj pa v milijonih mikroskopskih kapljic). Kot rezultat, na primer, dekodiranje genoma slavnega biologa D. Watsona, enega od avtorjev odkritja strukture DNK, ki je leta 2007 stalo 2 milijona dolarjev, je le dve leti kasneje "stalo" 100 tisoč dolarjev.

Leta 2011 je podjetje Ion torrent, ki je predlagalo novo metodo sekvenciranja na podlagi merjenja koncentracije vodikovih ionov, ki se sproščajo med delovanjem encimov DNK polimeraze, prebralo Moorov lastni genom. In čeprav cena tega dela ni objavljena, ustvarjalci nove tehnologije obljubljajo, da branje katerega koli človeškega genoma v prihodnosti ne bi smelo preseči 1000 dolarjev. In njihovi konkurenti, ustvarjalci še ene nove tehnologije, sekvenciranja DNK v nanoporah, so že letos predstavili prototip naprave, na kateri lahko po več tisoč dolarjih v 15 minutah sekvencirate človeški genom.

Sintetična biologija in sintetična genomika - kako enostavno je postati Bog

Podatki, zbrani v pol stoletja razvoja molekularne biologije, znanstvenikom danes omogočajo ustvarjanje živih sistemov, ki v naravi še niso obstajali. Kot se je izkazalo, to sploh ni težko storiti, še posebej, če začnete z nečim že znanim in svoje trditve omejite na tako preproste organizme, kot so bakterije.

V teh dneh ZDA celo gostijo posebno tekmovanje iGEM (International Genetically Engineered Machine), v katerem študentske ekipe tekmujejo, katera bo z naborom standardnih genov izdelala najbolj zanimivo modifikacijo običajnih bakterijskih sevov. Na primer s presaditvijo v znano Escherichia coli ( Escherichia coli) nabor enajstih specifičnih genov, kolonij teh bakterij, ki rastejo v enakomernem sloju na petrijevki, lahko dosežemo, da dosledno spreminjajo barvo tam, kjer nanje pade svetloba. Posledično je mogoče dobiti njihove edinstvene "fotografije" z ločljivostjo, ki je enaka velikosti bakterije, to je približno 1 mikron. Ustvarjalci tega sistema so ga poimenovali "Koliroid", s čimer so prečkali ime vrste bakterije in ime slavnega podjetja "Polaroid".

Tudi to področje ima svoje megaprojekte. Tako so v družbi enega od očetov genomike K. Venterja iz posameznih nukleotidov sintetizirali genom bakterije mikoplazme, ki ni podoben nobenemu od obstoječih genomov mikoplazme. To DNK smo zaprli v »pripravljeno« bakterijsko lupino umrle mikoplazme in dobili delujočo, tj. živ organizem s popolnoma sintetičnim genomom.

Zdravila proti staranju - pot do "kemične" nesmrtnosti?

Ne glede na to, koliko poskusov je bilo v tisočletjih narejenih, da bi ustvarili rešitev za staranje, je legendarno Makropoulosovo zdravilo ostalo nedosegljivo. Toda napredek se kaže tudi v tej na videz fantastični smeri.

Tako je v začetku prejšnjega desetletja resveratrol, snov, izolirana iz lupine rdečega grozdja, povzročil velik razmah v družbi. Najprej je bilo z njegovo pomočjo mogoče bistveno podaljšati življenje celicam kvasovk, nato pa še večceličnim živalim, mikroskopskim črvom ogorčicam, vinskim mušicam in celo akvarijskih rib. Nato je pozornost strokovnjakov pritegnil rapamicin, antibiotik, ki so ga prvič izolirali iz talne bakterije streptomicete z otoka. Velika noč. Z njeno pomočjo je bilo mogoče podaljšati življenje ne le celicam kvasovk, ampak celo laboratorijskim mišim, ki so živele 10-15% dlje.

Ta zdravila sama po sebi verjetno ne bodo široko uporabljena za podaljševanje življenja: rapamicin na primer zavira imunski sistem in povečuje tveganje za nalezljive bolezni. Trenutno pa potekajo aktivne raziskave mehanizmov delovanja teh in podobnih snovi. In če to uspe, se lahko uresničijo sanje o varnih zdravilih za podaljševanje življenja.

Uporaba matičnih celic v medicini – čakamo na revolucijo

Danes zbirka podatkov o kliničnih preskušanjih ameriškega nacionalnega inštituta za zdravje navaja skoraj pol tisoč študij, v katerih uporabljajo izvorne celice na različnih stopnjah raziskav.

Zaskrbljujoče pa je, da je bila prva od teh, ki se nanaša na uporabo celic živčnega sistema (oligodendrocitov) za zdravljenje poškodb hrbtenjače, novembra 2011 iz neznanega razloga prekinjena. Po tem je ameriško podjetje Geron Corporation, eden od pionirjev na področju biologije debla, ki je opravilo to raziskavo, objavilo, da popolnoma omejuje svoje delo na tem področju.

Vendar bi rad verjel, da je medicinska uporaba izvornih celic z vsemi njihovimi magičnimi zmožnostmi tik pred vrati.

Starodavna DNK - od neandertalcev do bakterij kuge

Leta 1993 je izšel film Jurski park, v katerem so po platnu hodile pošasti, ustvarjene iz ostankov DNK dinozavrove krvi, shranjene v želodcu komarja, zazidanega v jantar. Istega leta je ena največjih avtoritet na področju paleogenetike, angleški biokemik T. Lindahl, izjavil, da iz fosilnih ostankov tudi v najbolj ugodnih pogojih ni mogoče izločiti DNK, starejše od 1 milijona let. Skeptik je imel prav - DNK dinozavrov ostaja nedostopna, vendar je bil napredek pri tehničnih izboljšavah metod za pridobivanje, pomnoževanje in določanje zaporedja mlajše DNK v zadnjem desetletju impresiven.

Do danes so bili v celoti ali delno prebrani genomi neandertalca, nedavno odkritega denisovanca in številni fosilni ostanki. Homo sapiens, pa tudi mamuta, mastodonta, jamskega medveda ... Kar zadeva bolj oddaljeno preteklost, so preučevali DNK rastlinskih kloroplastov, katerih starost sega 300-400 tisoč let, in DNK bakterij, starih 400-600 tisoč let. .

Med študijami »mlajše« DNK velja omeniti dekodiranje genoma seva virusa influence, ki je povzročil znamenito epidemijo »španske gripe« leta 1918, in genoma seva bakterije kuge, ki je opustošila Evropo v 14. stoletju. ; v obeh primerih so material za analizo izolirali iz pokopanih posmrtnih ostankov umrlih zaradi bolezni.

Nevroprostetika – človek ali kiborg?

Ti dosežki pripadajo bolj inženirski kot biološki misli, vendar zaradi tega niso videti nič manj fantastični.

Na splošno je bila najpreprostejša vrsta nevroproteze - elektronski slušni aparat - izumljena pred več kot pol stoletja. Mikrofon te naprave zajema zvok in oddaja električne impulze neposredno v slušni živec ali možgansko deblo – tako lahko tudi bolnikom s popolnoma uničenimi strukturami srednjega in notranjega ušesa povrnemo sluh.

Eksploziven razvoj mikroelektronike v zadnjih desetih letih je omogočil ustvarjanje takih vrst nevroprotez, da je čas, da govorimo o možnosti, da bi človeka kmalu spremenili v kiborga. To je umetno oko, ki deluje po enakem principu kot slušni aparat; in elektronski zaviralci bolečinskih impulzov skozi hrbtenjačo; in avtomatski umetni udi, ki so sposobni ne samo zaznavati krmilne impulze iz možganov in izvajati dejanja, temveč tudi prenašati občutke nazaj v možgane; in elektromagnetni stimulatorji predelov možganov, ki jih prizadene Parkinsonova bolezen.

Danes že potekajo raziskave glede možnosti integracije različnih delov možganov z računalniškimi čipi za izboljšanje mentalnih sposobnosti. Čeprav ta ideja še zdaleč ni v celoti uresničena, so videoposnetki, ki prikazujejo ljudi z umetnimi rokami, kako samozavestno uporabljajo nož in vilice ter igrajo namizni nogomet, neverjetni.

Nelinearna optika v mikroskopiji – videti nevidno

Iz tečaja fizike študenti trdno razumejo koncept uklonske meje: z najboljšim optičnim mikroskopom je nemogoče videti predmet, katerega dimenzije so manjše od polovice valovne dolžine, deljene z lomnim količnikom medija. Pri valovni dolžini 400 nm (vijolično območje vidnega spektra) in lomnem količniku približno enote (kot zrak) se predmeti, manjši od 200 nm, ne razlikujejo. V ta velikostni razpon namreč spadajo na primer virusi in številne zanimive znotrajcelične strukture.

Zato so se v zadnjih letih v biološki mikroskopiji močno razvile metode nelinearne in fluorescentne optike, za katere koncept difrakcijske meje ni uporaben. Danes je s takšnimi metodami mogoče podrobno preučiti notranjo strukturo celic.

Dizajnerski proteini - evolucija in vitro

Tako kot v sintetični biologiji govorimo o ustvarjanju nečesa brez primere v naravi, le da tokrat ne novih organizmov, temveč posameznih proteinov z nenavadnimi lastnostmi. To je mogoče doseči tako z izboljšanimi metodami računalniškega modeliranja kot z "evolucijo in vitro" - na primer z izbiro umetnih beljakovin na površini bakteriofagov, posebej ustvarjenih za ta namen.

Leta 2003 so znanstveniki z Univerze v Washingtonu z uporabo računalniških metod napovedovanja strukture ustvarili beljakovino Top7, prvo beljakovino na svetu, katere struktura nima analogov v živi naravi. In na podlagi znanih struktur tako imenovanih "cinkovih prstov" - elementov beljakovin, ki prepoznajo dele DNK z različnimi zaporedji, je bilo mogoče ustvariti umetne encime, ki cepijo DNK na kateri koli vnaprej določeni lokaciji. Takšni encimi se zdaj pogosto uporabljajo kot orodja za manipulacijo genoma: na primer, z njimi je mogoče odstraniti okvarjen gen iz genoma človeške celice in prisiliti celico, da ga nadomesti z normalno kopijo.

Personalizirana medicina – pridobitev genskih potnih listov

Ideja, da različni ljudje zbolijo in jih je treba različno obravnavati, še zdaleč ni nova. Tudi če pozabimo na različen spol, starost in življenjski slog ter ne upoštevamo genetsko pogojenih dednih bolezni, lahko naš individualni nabor genov še vedno edinstveno vpliva tako na tveganje za razvoj številnih bolezni kot na naravo učinka zdravil na telo.

Mnogi so slišali za gene, katerih napake povečujejo tveganje za nastanek raka. Drugi primer se nanaša na uporabo hormonskih kontraceptivov: če je ženska nosilka Leidenovega gena za faktor V (eden od proteinov sistema strjevanja krvi), kar za Evropejce ni neobičajno, se njeno tveganje za trombozo močno poveča, saj oba hormona in ta genska različica poveča strjevanje krvi.

Z razvojem tehnik sekvenciranja DNK je postalo mogoče sestaviti individualne genetske zdravstvene karte: mogoče je ugotoviti, katere znane različice genov, povezanih z boleznijo ali odzivom na zdravila, so prisotne v genomu določene osebe. Na podlagi takšne analize lahko podamo priporočila o najprimernejši prehrani, potrebnih preventivnih pregledih in previdnosti pri uporabi nekaterih zdravil.

MikroRNK – o čemer je molčal genom

V devetdesetih letih prejšnjega stoletja. Odkrit je bil fenomen RNA interference – sposobnost majhnih dvoverižnih deoksiribonukleinskih kislin, da zmanjšajo aktivnost genov zaradi razgradnje z njih odčitanih messenger RNA, na katerih se sintetizirajo proteini. Izkazalo se je, da celice aktivno uporabljajo to regulacijsko pot, sintetizirajo mikroRNA, ki se nato razrežejo na fragmente zahtevane dolžine.

Prvo mikroRNK so odkrili leta 1993, drugo šele sedem let kasneje, obe študiji pa sta uporabili ogorčico Caenorhabditis elegans, ki zdaj služi kot eden glavnih eksperimentalnih objektov v razvojni biologiji. Potem pa so odkritja deževala kot iz roga izobilja.

Izkazalo se je, da so mikroRNK vpletene v človeški embrionalni razvoj ter v patogenezo raka, srčno-žilnih in živčnih bolezni. In ko je postalo mogoče sočasno brati zaporedja vseh RNA v človeški celici, se je izkazalo, da ogromen del našega genoma, ki je prej veljal za "tihega", ker ni vseboval genov, ki kodirajo beljakovine, dejansko služi kot predlogo za branje mikroRNA in drugih nekodirajočih RNA.

D. b. 
n. D. O. Zharkov (Kemijski inštitut
biologije in temeljne medicine­