Биофизика

Структура и функционирование биологических мембран. Мембранакак универсальный компонент биологических систем. Характеристика мембранных белков. Характеристика мембранных липидов. Динамика структурных элементов мембраны. Вода как составной элемент биомембран. Модельные мембранные системы. Поверхностный заряд мембранных систем. Явление поляризации в мембранах.

Биофизика процессов транспорта веществ через биомембраны и биоэлектрогенез. Пассивный и активный транспорт веществ через биомембраны. Ограниченная диффузия. Облегченная диффузия. Пиноцитоз.

Транспорт электролитов. Электрохимический потенциал. Ионное равновесие на границе мембранараствор.

Потенциал покоя, его происхождение. Потенциал действия. Роль ионов Na и K в генерации потенциала действия в нервных и мышечных волокнах; роль ионов Са и Сl в генерации потенциала действия у других объектов. Кинетика изменений потоков ионов при возбуждении.

Описание ионных токов в модели Ходжкина Хаксли. Воротные токи. Математическая модель нелинейных процессов мембранного транспорта.

Экология

Факторы среды. Общие закономерности их действия на организмы. Классификация экологических факторов по природе и специфике действия. Абиотические, биотические и антропогенный факторы. Регулярно-периодические, нерегулярные и направленные факторы. Классификация А.С.Мончадского (первичные периодические, вторичные периодические и непериодические факторы). Понятие об условиях и ресурсах. Сигнальное и витальное действие факторов.

Общие закономерности действия факторов на организм. Закон оптимума. Неоднозначность действия фактора на различные функции. Изменчивость и разнообразие ответных реакций особей одного вида на действие фактора. Независимость приспособлений различных видов к действию фактора. Правило экологической индивидуальности (Л.Г. Раменский). Особенности взаимодействия факторов. Понятие об ограничивающих факторах. Законы Ю. Либиха и В. Шелфорда. Экологическая валентность. Границы толерантности. Эврибионты и стенобионты.

Основные среды жизни и адаптации к ним организмов. Специфика водной среды обитания и адаптации гидробионтов. Экологические зоны Мирового океана. Основные свойства водной среды: плотность воды, кислородный, солевой, температурный и световой режимы. Адаптации планктонных, нектонных и бентосных форм.

Наземно-воздушная среда обитания. Адаптации наземных обитателей к основному комплексу факторов в этой среде. Световой режим. Значение различных участков солнечного спектра для живых организмов. Свет как условие ориентации животных. Температурный режим. Температурные адаптации растений. Температурные адаптации животных: химические, физические, поведенческие. Правило К. Бергмана и Д. Аллена. Влажность. Адаптации растений к поддержанию водного баланса. Водный баланс наземных животных. Газовый состав воздуха. Приспособления организмов к низкой плотности воздуха. Эдафические и климатические факторы. Почва и особенности передвижения наземных животных.

Почва как среда обитания. Особенности почвы как биокосного тела. Специфика условий. Плотность, непрозрачность, разнообразие механического состава. Формы влаги в почве. Особенности почвенного воздуха. Температурный режим. Плотность жизни в почвах. Разнообразие почвенных обитателей. Микрофауна, мезофауна, мегафауна.

Живые организмы как среда обитания. Степень развития эндобиоза в природе. Его роль в эволюции живых организмов. Основные экологические адаптации внутренних паразитов. Экологическая специфика наружного паразитизма. Сбалансированный паразитизм. Гиперпаразитизм.

Понятие о популяции в экологии. статические характеристики популяции. Численность и плотность популяций, способы их выражения. Методы количественного учета в популяциях. Типы пространственного распределения. Связь пространственной структуры популяции со свойствами вида и условиями среды. Пространственная структура популяций животных и растений. Календарный и биологический возраст. Возрастная структура популяций растений и животных. Возрастные спектры. Половая структура популяций.

Динамические характеристики популяции. Основное уравнение динамики численности популяций. Рождаемость и смертность в популяциях. Рост численности популяций. Выживаемость. Когортные и статические таблицы выживания. Основные типы кривых выживания. Экспоненциальная и логистическая модели роста популяций. Биотический потенциал. Основные типы динамики численности популяций: стабильный, флуктуирующий и взрывной. Концепция саморегуляции численности. Гомеостаз популяций. Жесткие и смягченные формы внутривидовой конкуренции и их распространение в природе. Регуляция численности популяций в биоценозах. Модифицирующие и регулирующие факторы. Адаптивное значение жестких и смягченных форм внутривидовой конкуренции и их распространение в природе.

Взаимодействия популяций. Классификации биотических взаимоотношений. Нейтрализм. Аменсализм. Комменсализм. Их формы, распространение в природе и значение. Их формы, распространение в природе и значение.

Симбиоз. Адаптации к существованию в условиях симбиоза. Распространенность симбиотических отношений и их значение в природе. Значение симбиоза в процессе выхода растений на сушу. Теория симбиогенеза, ее доказательства.

Экологические особенности связей хищник-жертва. Классификации хищников. Спектр питания хищников. Пищевое предпочтение. Переключение. Функциональная и количественная реакция потребителей на численность жертв. Взаимосвязь динамики численности хищника и жертвы. Математическая модель А. Лотки-В. Вольтерры. Попытки создания экспериментальных моделей системы «хищник – жертва». Опыты Г.Ф. Гаузе. Условия возникновения циклических колебаний численности. Коэволюция хищника и жертвы.

Понятие конкуренции. Эксплуатация и интерференция. Межвидовая и внутривидовая конкуренция. Значение этих форм конкуренции для организмов. Модель межвидовой конкуренции А. Лотки-В. Вольтерры. Лабораторные опыты и наблюдения в природе. Опыты Г.Ф. Гаузе. Принцип конкурентного исключения. Зависимость результатов межвидовой конкуренции от экологических особенностей видов и влияния среды. Конкуренция в сложной и флюктуирующей среде. Условия сосуществования потенциальных конкурентов. Эволюционная роль конкурентных отношений.

Понятие биоценоза. Принципиальные черты надорганизменных объединений. Биоценотические постулаты В. Тишлера. Видовое богатство и разнообразие. Способы их выражения. Правила А. Тинемана. Различные типы распределения обилия видов, входящих в сообщество. Кривые доминирования-разнообразия (Р. Уиттекер). Понятие о консорциях. Роль трофических, топических, форических и фабрических отношений для совместно обитающих видов.

Пространственная структура сообществ. Ярусность в фитоценозах. Фитоценотические горизонты. Синузии. Синузии трех порядков, по Г. Гамсу. Современные представления о синузиях. Мозаичность биоценоза. Типы мозаичности и их причины. Понятие о биогеоценотических парцеллах. Типы парцелл. Пространственная структура сообществ и их устойчивость.

Концепция экологической ниши. Взгляды Г. Хатчинсона и Ю. Одума. Ниша как гиперобъем. Потенциальная и реализованная ниши. Перекрывание ниш.

Понятие экосистемы (А. Тенсли) и биогеоценоза (В.Н. Сукачев). Основные элементы экосистем, обеспечивающие биологический круговорот. Потоки энергии в экосистемах. Трофические уровни. Пищевые цепи и их типы. Пищевые сети. Расход энергии в цепях питания.

Продукционные процессы в экосистемах. Понятие первичной, вторичной, валовой и чистой продукции. Способы их выражения. Биомасса. Отношение чистой первичной продукции к биомассе в различных типах экосистем. Правило экологических пирамид продукции, биомассы и численности. Чистая первичная продукция и ее распределение по разным биомам. Факторы, лимитирующие первичную продукцию в наземных и водных экосистемах. Международная биологическая программа.

Динамика экосистем. Циклические и однонаправленные изменения. Понятие о сукцессиях и сукцессиональных рядах. Классификации сукцессий. Общие закономерности протекания сукцессий.

Первичные сукцессии, особенности их протекания, примеры. Сериальные и климаксовые сообщества. Моно- и поликлимакс, по Ф. Клементсу. Панклимакс. Вторичные сукцессии и особенности их протекания. Демутации. Дигрессии. Проблема устойчивости и продуктивности экосистем в связи с антропогенным прессом.

Биосфера и место в ней человека. Учение В.И. Вернадского о биосфере.

Биосфера как занятая жизнью оболочка Земли. Функции живого вещества на планете. Круговорот веществ как условие стабильности биосферы.

Биосферный цикл углерода. Увеличение концентрации диоксида углерода в атмосфере в течение последнего столетия. Парниковый эффект: механизм возникновения и возможные последствия.

Биосферный цикл азота. Азотфиксация в океане и на суше. Значение азота как ресурса, лимитирующего первичную продукцию в океане. Нитрификация и денитрификация.

Биосферный цикл серы. Решающая роль микроорганизмов. Загрязнение атмосферы диоксидом серы, выбрасываемым промышленными предприятиями. Кислотные дожди и их воздействие на озера, реки и леса.

Биосферный цикл фосфора. Ведущая роль геохимических процессов. Лимитирование фосфором первичной продукции в континентальных водоемах. Эвтрофикация водоемов.

Биосферный цикл кислорода и его сопряженность с циклом углерода. Свободный кислород атмосферы и его происхождение. Озоновый слой и опасность его разрушения.

Эволюция биосферы. Определяющая роль прокариот в становлении и поддержании основных биогеохимических циклов. Начало формирования кислородной атмосферы, распространение эукариот, выход жизни на сушу и развитие высших растений, становление современной биосферы.

БИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА

Ткань. Определение понятия «ткань». Общие принципы организации тканей. Классификация тканей на основе их строения, функций, онтогенеза, степени обновления и эволюционного развития. Клетки и клеточные популяции, понятие о стволовых клетках. Межклеточное вещество.

Происхождение тканей в онто- и филогенезе. Значение тканевого уровня организации в эволюции многоклеточных животных.

Индивидуальное развитие человека. Онтогенез. Общая периодизация и характеристика основных этапов постнатального онтогенеза. Понятие о биологическом возрасте. Старение и продолжительность жизни.

Основные структурно-функциональные элементы нервной ткани. Нейрон, нейроглия. Нейрон  структурная и функциональная единица нервной системы. Классификация нейронов по их строению и функции. Значение отдельных частей нейрона. Нейроглия и ее функциональное значение. Развитие нейрона.

Особенности проведение возбуждения по нервным волокнам. Структура и функция нервных волокон. Миелиновые и безмиелиновые нервные волокна. Особенности проведения возбуждения в них. Сальтаторное проведение возбуждения, обмен веществ в нервном волокне. Классификация нервных волокон по скорости проведения возбуждения, их возбудимости и лабильности.

Механизм связи между нейронами. Синапс. Строение синапса. Его пресинаптический и постсинаптический отделы. Синаптическая щель. Различные типы синапсов. Проведение возбуждения в нервно-мышечных синапсах, синапсах центральной и вегетативной нервной системы. Медиаторы возбуждения, механизм их образования, выделения и действия на постсинаптическую мембрану. Потенциал концевой пластинки, миниатюрные потенциалы, возбуждающий постсинаптический потенциал. Механизмы их образования, значение для возникновения распространяющегося возбуждения.

Интегративная (координационная) функция нервной системы. Представление о нервных процессах. Торможение в центральной нервной системе. Определение торможения. Открытие торможения в центральной нервной системе (И.М. Сеченов). Различные виды торможения: первичное и вторичное, деполяризационное и гиперполяризационное, пресинаптическое и постсинаптическое. Механизмы их возникновения. Роль тормозных нейронов, медиаторы торможения. Изменения ионной проницаемости, лежащие в основе возникновения тормозного постсинаптического потенциала. Взаимодействие процессов возбуждения и торможения в ЦНС.

Координация функций организма. Интегративная функция нервной системы. Ее роль в организации ответной реакции организма. Понятие о рефлекторном кольце. Роль обратной афферентации в координации функций. Взаимодействие и движение возбуждения и торможения в центральной нервной системе: иррадиация и индукция. Реципрокность как частный случай индукции. Механизмы этих процессов. Роль прямого, возвратного и аутогенного торможения в организации координированной реакции на раздражение. Учение А.А. Ухтомского о доминанте. Перестройка координационных отношений.

Рефлекторная теория И.П.Павлова. Условный рефлекс как универсальный приспособительный механизм в животном мире. Условнорефлекторная деятельность как механизм высшего анализа и синтеза. Условный рефлекс. Правила образования условных рефлексов. Стадии образования условных рефлексов. Классификация условных рефлексов. Динамика условнорефлекторной деятельности. Торможение условных рефлексов. Движение и взаимодействие процессов возбуждения и торможения. Проблема локализации временных связей. Физиологические основы механизмов образования временных связей. Доминантный очаг. Роль доминанты в механизмах образования временной связи. Механизмы замыкания временных связей.

Поведенческие реакции человека и животных. Потребности и мотивации. Детерминанты потребности. Классификация потребностей. Потребности и воспитание. Биологическая мотивация. Общие свойства различных видов мотивации. Мотивация как доминанта. Нейроанатомия мотивации. Нейрохимия мотивации.

Врожденная деятельность организма. Классификация врожденных форм поведения. Ориентировочный рефлекс. Ориентировочно-исследовательская деятельность. Сложные формы врожденного поведения. Инстинкт. Импринтинг. Локализация безусловных рефлексов в ЦНС (центры голода, жажды, насыщения, агрессии).

Общие принципы работы сенсорных систем. Учение И.П. Павлова об анализаторах. Общие принципы работы анализаторов. Структура и функции анализатора. Многоуровневость анализаторных систем. Понятие уровня, понятие нейронного слоя и проводящей части анализатора. Прямые афферентные пути и ассоциативные системы. Иерархический принцип построения анализаторов. Рецепторы. Рецепторный потенциал адаптация. Рецептивное поле нейронов. Восходящие пути анализатора. Корковый конец анализатора. Нисходящие влияния анализаторов. Двигательные компоненты анализаторов. Взаимодействие сенсорных систем. Развитие сенсорных систем в онтогенезе.

Морфофизиологические особенности системы дыхания. Регуляция дыхания. Дыхательный центр, его структура. Ритмическая активность дыхательного центра, ее механизмы. Участие других отделов центральной нервной системы в регуляции дыхания. Роль гуморальных факторов в регуляции дыхания. Условно-рефлекторная регуляция дыхания.

Нервно-гуморальная регуляция работы сердца. Эфферентная иннервация сердца. Механизм влияние блуждающего и симпатического нервов. Кардио-кардиальные рефлексы. Рефлексы с рефлексогенных сосудистых зон. Условно-рефлекторная регуляция деятельности сердца. Гуморальная регуляция.

Эритропоэз и его регуляция. Образование и разрушение эритроцитов. Нервно-гуморальная регуляция кроветворения.