VISPRG BIOLOIJA 1 Visprgs bioloijas modua kursi 1

VISPĀRĪGĀ BIOLOĢIJA 1

Vispārīgās bioloģijas moduļa kursi 1. semestris: Molekulārās bioloģijas katedra IEVADS ŠŪNAS BIOLOĢIJĀ • Dzīvības ķīmija • Šūna Asoc. prof. K. Tārs Asoc. prof. T. Selga Molekulārās bioloģijas katedra ĢENĒTIKAS PAMATI • Molekulārā ģenētika • Klasiskā ģenētika Prof. Ī. Rašals Doc. N. Līcis Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra MIKROBIOLOĢIJAS PAMATI • Dzīvo organismu klasifikācijas principi • Prokarioti Prof. I. Muižnieks 2

Vispārīgās bioloģijas moduļa kursi 2. semestris: Augu fizioloģijas katedra IEVADS BOTĀNIKĀ • Augu uzbūve un funkcijas • Augu bioloģiskā daudzveidība Asoc. prof. U. Kondratovičs Zooloģijas un dzīvnieku ekoloģijas katedra IEVADS ZOOLOĢIJĀ • Dzīvnieku bioloģiskā daudzveidība • Dzīvnieku uzbūve un funkcijas Asoc. prof. J. Priednieks Botānikas un ekoloģijas katedra IEVADS EKOLOĢIJĀ Prof. G. Brūmelis 3

Vispārīgās bioloģijas moduļa atbildīgais Asoc. prof. U. Kondratovičs Buklets par moduli: http: //priede. bf. lu. lv/grozs/Vispariga_biologija/Informacija_VB/Visp_biol_2015_2016. pdf Buklets par moduli ir pieejams tikai elektroniskā formā 4

Studiju materiāli • Atrodami «Grozā» LU BF serverī priede. bf. lu. lv Studiju materiāli – Molekularas. Biologijas – Dzivibas Kimija 5

Vērtējumi • Atrodami LU «e-studijās» , kuras ir pieejamas, ielogojoties «manā portālā» LU serverī • Daži pasniedzēju turpat novieto arī studiju materiālus 6

IEVADS ŠŪNAS BIOLOĢIJĀ I DZĪVĪBAS ĶĪMIJA 08. 09 -17. 09 Kaspars Tārs II ŠŪNAS UZBŪVE 18. 09 -02. 10 Tūrs Selga 7

DZĪVĪBAS ĶĪMIJA Lekcijas • Bioloģijas zinātnes struktūra. Zinātniskā metode. • Atoma uzbūve, ķīmiskās saites, starpmolekulu mijiedarbības. Ūdens īpašības. • p. H un buferšķīdumi. Organisko savienojumu klasifikācija, funkcionālās grupas. • Makromolekulas. • Metabolisma pamatprincipi. Enzīmi. 8

Laboratorijas darbi • Laboratorijas darbus vada lekt. M. Lazdiņš • Laboratorijas darbu aptuvens saturs: – Darba drošība, iepazīšanās ar laboratorijas tehniku, laboratorijas darbu protokolu noformēšana – Šķīdumu gatavošana, masas un tilpuma mērījumi, p. H mērījumi, buferšķīdumi – Spektrfotometrija un tās pielietojums bioloģijā – Šūnu sastāvdaļu frakcionēšana un mikroskopiskā analīze – Seminārs par apgūtajām prasmēm • Laboratorijas darbu apmeklējums ir OBLIGĀTS 9

Eksāmens • 5. oktobrī 10. 30 -12. 00 334. +335. aud. kursa «Ievads studijās» laikā • Eksāmens Dzīvības ķīmijas sadaļā būs testa formā, 10 jautājumi ar atbilžu variantiem – var būt vairākas pareizas atbildes • Par Šūnas sadaļas eksāmena formu (tajā pašā 5. oktobrī) informēs Tūrs Selga 10

Konsultācijas • Katram pasniedzējam ir savi konsultāciju laiki • Man: oficiāli – otrdienās, 12. 00 -13. 00 561. kabinetā • Par konsultācijām obligāti iepriekš jāvienojas. e -pasts: kaspars@biomed. lu. lv 11

Prasības • Nostrādāti un ieskaitīti laboratorijas darbi • Saņemts sekmīgs zināšanu vērtējums gala pārbaudījuma abās sadaļās • Lekciju apmeklējums ir ieteicams • Laboratorijas darbu un semināru apmeklējums ir obligāts! • Kavētie laboratorijas darbi atstrādājami studiju kursam atvēlētā kalendārā laika ietvaros, iepriekš vienojoties ar pasniedzēju • Obligāto nodarbību, kas kavētas bez attaisnojoša iemesla, atstrādāšana notiek par maksu, 18 EUR par 1 akadēmisko stundu, vai 108 EUR par vienu 6 stundu lab. darbu: http: //www. lu. lv/studentiem/pakalpojumi/maksaspakalpojumi/maksajumi-studiju-procesa/2015 -2016/ 12

Literatūra Campbell Biology (10 th Edition, 2013) Publisher: Benjamin Cummings 13

Literatūra P. Apinis, CILVĒKS, Nacionālais medicīnas apgāds, Rīgā, 1999. g. 14

Literatūra • E. Jansons, U. Bergmanis, I. Meirovics, P. Vītols ĶĪMIJA; Rokasgrāmata skolēniem, Rīga, Zvaigzne, 1994 • Interneta informācijas avoti Bio. Chem. Web. org Bioķīmijas, molekulārās un šūnu bioloģijas bibliotēka http: //www. biochemweb. org/general. shtml 15

ZINĀTNES Dabas zinātnes Astronomija Ķīmija Fizika Sociālās zinātnes Formālās zinātnes Matemātika Loģika Ģeozinātnes Bioloģija 16

Bioloģija Etimoloģija - grieķu: βίος, bios - ‘dzīvība’; λόγος, logos - ‘jēdziens, zinātne’ Bioloģija – dabas zinātne par dzīvību visās tās izpausmēs Dzīvība? • Īpaši organizēta matērija, kas spēj: ü veikt vielmaiņas reakcijas; ü augt; ü vairoties; ü noteiktās robežās reaģēt uz signāliem; ü pielāgoties videi. Vai vīrusi ir dzīvi? 17

Bioloģijas apakšnozaru iedalījums • Pēc pētāmā objekta • Pēc pētāmās funkcijas • Pēc pētāmās struktūras • Pēc pētāmās funkciju/struktūru/objektu kopas 18

Iedalījums pēc pētāmā objekta DZĪVNIEKI AUGI SĒNES VIENŠŪŅI BAKTĒRIJAS DZĪVĪBAS BEZŠŪNU FORMAS Objekti ZOOLOĢIJA BOTĀNIKA MIKOLOĢIJA PROTISTOLOĢIJA BAKTERIOLOĢIJA VIRUSOLOĢIJA Bioloģijas apakšnozares 19

Iedalījums pēc pētāmās funkcijas SUGU ATTĪSTĪBA EVOLŪCIJA MIJIEDARBĪBA AR VIDI EKOLOĢIJA MIJIEDARBĪBA AR SEV LĪDZĪGIEM POPULĀCIJU BIOLOĢIJA AZSARGREAKCIJA PRET PATOGĒNIEM IMUNOLOĢIJA IEDZIMTĪBA UN MAINĪBA ĢENĒTIKA ORGĀNU UN SISTĒMU DARBĪBA FIZIOLOĢIJA ATTĪSTĪBAS BIOLOĢIJA, EMBRIOLOĢIJA BIOĶĪMIJA, BIOFIZIKA OGANISMA ATTĪSTĪBA VIELMAIŅA Funkcijas Bioloģijas apakšnozares 20

Iedalījums pēc pētāmās struktūras SUGAS ORGANISMI ORGĀNI, ORGĀNU SISTĒMAS AUDI SISTEMĀTIKA MORFOLOĢIJA ANATOMIJA HISTOLOĢIJA ŠŪNAS MAKROMOLEKULAS Struktūras CITOLOĢIJA, ŠŪNU BIOLOĢIJA MOLEKULĀRĀ BIOLOĢIJA BIOĶĪMIJA Bioloģijas apakšnozares 21

Botānikas apakšnozares specializācija pēc pētāmā objekta Kokaugi BOTĀNIKA Dendroloģija Aļģes Fikoloģija Sūnas Brioloģija Ķērpji Lihenoloģija (Sēnes) (Mikoloģija) Sēnes nav augi, bet vēsturiski mikoloģija tika pieskaitīta botānikai. Mūsdienās parasti mikoloģiju izdala atsevišķi 22

Zooloģijas apakšnozares specializācija pēc pētāmā objekta Zīdītājdzīvnieki Putni Rāpuļi un abinieki ZOOLOĢIJA Zivis Mammoloģija Ornitoloģija Herpetoloģija Ihtioloģija Kukaiņi Entomoloģija Gliemeži, gliemji Malakoloģija 23

Apakšnozaru iedalījums pēc pētāmās funkciju/struktūru/objektu kopas Funkcija Noteiktu struktūru vai funkciju padziļināta izpēte konkrētā organizācijas līmenī. EVOL ŪCIJA EKOL OĢIJA POPULĀCIJU BIOLOĢIJA IMUNO LOĢIJA ĢENĒ TIKA FIZIOL OĢIJA Augu anatomija Baktēriju ģenētika Dzīvnieku fizioloģija Vīrusu molekulārā bioloģija ATTĪSTĪBAS BIOLOĢIJA BIOĶĪMIJA, BIOFIZIKA VIRUSOLOĢIJA BAKTERIOLOĢIJA PROTISTOLOĢIJA MIKOLOĢIJA BOTĀNIKA ZOOLOĢIJA Objekts MOLEKULĀRĀ BIOLOĢIJA CITOLOĢIJA HISTOLOĢIJA ANATOMIJA MORFOLOĢIJA TAKSONOMIJA Struktūra 24

Dažas apakšnozaru specializācijas pēc objektu/funkciju/struktūru kopas MIKROBIOLOĢIJA Vīrusu, baktēriju, sēņu un vienšūņu pētījumi HIDROBIOLOĢIJA Ūdens vidē dzīvojošo organismu pētījumi Citoloģisko pētījumu papildinājums ŠŪNAS BIOLOĢIJA ar molekulārās bioloģijas un attīstības bioloģijas metodēm 25

Citu zinātnes nozaru izmantošana bioloģijas pētījumos • Bioķīmija – ķīmisko procesu pētīšana organismos • Biofizika – fizikālo un fizikālķīmisko procesu pētīšana organismsos • Biomehānika – pēta bioloģiskās sistēmas ar mehānikas metodēm • Zooģeogrāfija – pēta dzīvnieku sugu ģeogrāfisko izplatību • Paleobioloģija – fosilo organismu bioloģijas pētījumi • Bioinformātika – matemātisko un informātikas metožu pielietojums bioloģiskajos pētījumos • Strukturālā bioloģija – mikroskopijas, kristalogrāfijas un spektroskopijas izmantošana struktūru un objektu 26 vizualizācijā

Bioloģijas zināšanu izmantošana citās zinātnes nozarēs • Medicīniskā mikrobioloģija - pēta mikrobu lomu cilvēku dzīvē, infekciju slimību izraisītājus, diagnostikas un profilakses metodes • Psihofizioloģija – pēta psihioloģisko procesu fizioloģiskos pamatus • Biotehnoloģija – bioloģisko sistēmu pielietojums dažādu produktu radīšanā • Vides zinātne – pēta ķīmisko, fizisko un bioloģisko procesu mijiedarbību apkārtējā vidē, īpaši saistībā ar cilvēku iedarbību • Biomedicīna – bioloģijas zināšanu pielietojums klīniskajā praksē 27

Zinātniskā metode • Paņēmienu kopa parādību pētīšanai, jaunu zināšanu iegūšanai vai iepriekšējo zināšanu koriģēšanai • Metodei ir jābūt balstītai uz empīriskiem un izmērāmiem pierādījumiem • Empīrisks - no grieķu ἐμπειρία – pieredze (lat. experientia, angl. experience, no kura cēlies experiment) 28

Pārbaudes formas zinātnē • Divas galvenās pārbaudes formas zinātnē ir: – Eksperiments – Novērojums 29

Eksperiments • Kontrolētos apstākļos veikta darbība, lai pārbaudītu hipotēzi vai noskaidrotu pētāmā faktora iedarbību • Eksperimentam ir jābūt atkārtojamam • Eksperimentam ir jābūt neatkarīgam no izpildes vietas • Eksperimentā ir vēlams iekļaut pozitīvās un negatīvās kontroles • Eksperimentam ir jābūt iespējami vienkāršam –t. i. , jācenšas vienlaicīgi variēt tikai vienu parametru • Eksperimentos ar cilvēkiem, piem. jaunu zāļu testēšanā ir jāņem vērā placebo efekts un jāveic dubultaklais eksperiments 30

Novērojums • Novērojums ir informācijas iegūšana parādību no tās primārā avota • Atšķirībā no eksperimenta, novērojumā netiek mainīti parādību izraisošie parametri • T. i. , novērojums notiek bez iejaukšanās procesa norisē, bet eksperiments – ar iejaukšanos 31

Novērojums un eksperiments Novērojumu raksturo: • Neiejaukšanās • Kompleksums • Unikalitāte (saistība ar novērojuma vietu) • Salīdzinošie varianti (konteksta atšķirības) Eksperimentu raksturo: • Iejaukšanās • Vienkāršojums • Universālums (neatkarība no izpildes vietas) • Kontroles varianti (+/-) 32

Novērojošās un eksperimentālās zinātnes • Dažās zinātnes nozarēs nav iespējams veikt kontrolētus eksperimentus – piemēram astronomijā vai paleontoloģijā • Tādas zinātnes sauc par novērojošajām zinātnēm • Zinātnes, kurās eksperimenti ir iespējami, sauc par eksperimentālajām zinātnēm • Dažās zinātnēs eksperimenti ir iespējami, bet praktiski grūti realizējami vai neētiski – piem. ekonomikā vai epidemioloģijā 33

Hipotēze • • • No grieķu valodas ὑπόθεσις, «priekšlikums» Oriģināli nozīmēja lugas kopsavilkumu klasiskajā grieķu drāmā Pieņēmums kādas parādības izskaidrošani Hipotēzei ir jābūt pārbaudāmai Hipotēzes balstās teorijā vai pieredzē Hipotēzei ir jābūt falsificējamai – t. i. ir jābūt iespējamam eksperimentam vai novērojumam, ar kura palīdzību varētu hipotēzi noraidīt • Hipotēzes apstiprināšanās gadījumā tā kļūst par teoriju 34

Jaunu hipotēžu izvirzīšana • Izvirzot jaunu hipotēzi kādas parādības izskaidrošani, ir ieteicams ņemt vērā sekojošas vadlīnijas: • Izdomāt eksperimentu, kas varētu hipotēzi apstiprināt un eksperimentu, kas varētu hipotēzi noraidīt • Izvērtēt hipotēzes noderīgumu – t. i. varbūtību, ka hipotēze nākotnē palīdzēs izskaidrot citas parādības • Novērtēt hipotēzes konservatīvismu – t. i. iekļaušanos esošajās teorijās – revolucionāras teorijas ir retums • Hipotēzes formulēšanā iekļaut iespējami mazāk pieņēmumu 35

Okama asmens (Occams razor) • Princips, kura formulēšanu piedēvē XIV gadsimta angļu franciskāņu mūkam Viljamam no Okamas (ciemats Anglijā) • Principam mūsdienās ir vairāki formulējumi, bet būtība ir vienāda: pieturēties pie vienkāršiem skaidrojumiem; atšķelt lieko (ar «asmeni» ) • Oriģinālais formulējums: "Pluralitas non est ponenda sine neccesitate", «bez vajadzības būtību nevajag sarežģīt» • Ja ir divas hipotēzes, kuras sniedz vienādus izskaidrojumu, parasti pareizā hipotēze ir vienkāršākā • Medicīnas slengā lietots piemērs – dzirdot nagu dipoņu, domājiet «zirgi» , nevis «zebras» (izvairīties no eksotiskām diagnozēm, «zebrām» ) 36

Zinātniskā teorija • Zinātniskā teorija ir eksperimentāli vai ar novērojumiem apstiprināta hipotēze vai to kopums, kas izskaidro kādu parādību • Tādejādi, atšķirībā no vārda «teorija» klasiskās nozīmes, zinātniskajai teorijai ir jābūt apstiprinātai ar pārbaudes formām – eksperimentiem un/vai novērojumiem • Teorijas spēku vērtē pēc tās spējas prognozēt eksperimenta vai novērojuma rezultātus • Līdzīgi hipotēzēm, teorijām ir jābūt apgāžamām ar kāda noteikta eksperimenta vai novērojuma palīdzību • Ja izdodas veikt eksperimentu, kurš teoriju apgāž, teoriju var (1) atmest, tās vietā radot citu teoriju vai (2) teoriju pilnveidot • «Nav nekā praktiskāka par labu teoriju» (Makss Planks) 37

Zinātniskā teorija • Teoriju veido indukcija - atziņu, faktu, secinājumu sistematizēšana • Teoriju raksturo dedukcija - t. i. teorijas pielietojums specifiskās situācijās, spēja radīt jaunas, pārbaudāmas hipotēzes 38

Indukcija • Pāreja no atsevišķu faktu vai parādību novērošanas uz vispārīgiem secinājumiem • Piemērs: visas līdz šim atklātās dzīvās būtnes ir atkarīgas no ūdens • Tātad, ja mēs atklāsim vēl kādu dzīvu būtni, arī tā būs atkarīga no ūdens • Indukcija paaugstina slēdziena varbūtību, bet to pavisam droši nepierāda • Piemēram, varbūt eksistē ārpuszemes dzīvība bez ūdens • Nepareizas indukcijas piemērs: • Visi gulbji, kurus es esmu redzējis ir balti • Tātad, visi gulbji ir balti 39

Dedukcija • Pāreja no vispārīga rakstura atzinuma uz secinājumiem par sistēmas elementiem lietojot loģikas likumus • Piemērs: • Visi cilvēki ir mirstīgi • Sokrats ir cilvēks • Tātad, Sokrats ir mirstīgs • Atšķirībā no indukcijas, dedukcija ir 100% droša, ja tikai izejas premisas ir patiesas • Ar dedukcijas paņēmienu zināšanas var tikai padziļināt, bet ne paplašināt • T. i. , nevar uzzināt neko tādu, kas jau nebūtu netieši iekļauts premisās 40

Zinātniskā metode: aptuvens darbību kopsavilkums • • • Noformulēt jautājumu par pētāmo parādību Savākt zināmos datus parādību, veikt novērojumus Izvirzīt hipotēzi Veikt eksperimentus un/vai novērojuus Analizēt iegūtos datus Ja nepieciešams, izmainīt hipotēzi Veikt papildus eksperimentus un/vai novērojumus Publicēt rezultātus Pārbaudīt rezultātus (bieži to dara citi zinātnieki) 41

Zinātniskā metode Teorija Indukcija Atziņa Dedukcija Skaidrojums Eksperiments, novērojums Hipotēze Jautājums Pieredze, vērojumi Parādība 42

Redukcionisms un holisms • Redukcionisms -Viedoklis, ka kompleksas sistēmas ir to daļu summa - Sarežģītu parādību vai struktūru skaidrošana ar salīdzinoši vienkāršāku principu palīdzību - Piemērs: domas smadzenēs ir izskaidrojamas ar fizikāliem un ķīmiskiem procesiem • Holisms -Viedoklis, ka kompleksas sistēmas (piemēram, organismi) ir kaut kas vairāk par to daļu summu. Kā primāro uzsver veselā noteicošo ietekmi uz tā daļu īpašībām. 43

Redukcionisma piemērs – bioloģija, ķīmija, fizika Bioloģija Bioloģisko procesu pamatā ir ķīmiskās reakcijas Ķīmija Ķīmisko reakciju pamatā ir elektronu pozīciju maiņa atomos Fizika 44

Redukcioniskais skatījums uz bioloģiju Ekosistēmas bioloģija Organisma bioloģija Šūnas bioloģija Bioķīmija, molekulārā bioloģija 45

Holisma idejas bioloģijā • Vitālisms – ideja, ka visam dzīvajam bez ķīmiskajām komponentēm piemīt arī «dzīvības spēks» jeb gars • Līdz 1828. gadam, kad Frīdrihs Vehlers uzsintezēja urīvnielu, tika uzskatīts, ka organiskās vielas no neorganiskajām var iegūt tikai ar «dzīvības spēka» palīdzību • Mūsdienās vitālisms ir pilnībā atmests kā zinātniska teorija • Tomēr, daudzas citas holisma idejas ir zinātniskas • Piemērs – sistēmbioloģija, kas pēta, kā komponentes mijiedarbojas bioloģiskās sistēmā – t. i. , kā sistēma funkcionē kopumā 46 • Arī ekoloģijas pamatā ir holisma idejas

Emerdžentās īpašības • Emerdžentās īpašības piemīt sistēmai kopumā, bet ne atsevišķām sastāvdaļām • Piemēram neviena sirds šūna atsevišķi nespēj sūknēt asinis, bet, pareizā veidā saliktas kopā – spēj 47

Paradigma un tās maiņa • Paradigma - pamatpieņēmumi kādā zinātnes nozarē • Paradigmas maiņa attiecīgajā zinātnes nozarē ir revolucionāra • Piemēram, kosmoloģijā līdz Kopernika laikmetam zinātniskā paradigma bija ģeocentrisms • Vēlāk paradigma bija heliocentrisms • Šodien mēs zinām ka arī Saule nav Visuma centrs 48

Paradigmas izmaiņas bioloģijas attīstībā: Sugas ir nemainīgas Spontāna pašrašanās Vitālisms Sugas evolucionē «Dzīvais no dzīvā» Visas dzīvā izpausmes ir izskaidrojamas ar fizikāliķīmiskiem procesiem Vai modernās bioloģijas paradigma ir visaptveroša? 49

Pseidozinātne • Ticējums, prakse vai viedoklis, kas tiek prezentēts kā zinātnisks, bet kura izveidē nav izmantota korekta zinātniskā metode • Pseidozinātni raksturo: – Pārliecinošu pierādījumu trūkums – Paļaušanās uz ticību un nepierādītiem vai pārspīlētiem apgalvojumiem, nevis uz zinātniskiem faktiem – Koncentrēšanās tikai uz apgalvojuma apliecināšanu un tādu eksperimentu vai novērojumu ignorēšana, kas apgalvojumu varētu apgāzt – Personiska ieinteresētība konkrētos rezultātos – Skepticisma un paškoriģēšanas trūkums, atteikšanās atzīt problēmas – Progresa trūkums – Maldinošas valodas lietošana – piem. nevis «ūdens» bet «diūdeņraža monoksīds» – Publikāciju trūkums vispāratzītos zinātniskos žurnālos – Tipisks pseidozinātnes piemērs - kreacionisms 50

Kreacionisms • Uzskats, ka Visums, Zeme un visss dzīvais ir cēlies «dievišķās radīšanas» ceļā • Kristietībā kā «zinātne» kreacionisms ir radies 18. gadsimtā Kreacionisms Jaunās Zemes kreacionisms «Spraugas» kreacionisms -Zeme ir radīta sen, bet cilvēki nesen Vecās Zemes kreacionisms Progresīvais kreacionisms Zeme ir radīta sen, bioloģiskās sugas – gan radīšanas, gan evolūcijas ceļā. Cilvēks – radīšanas ceļā Evolucionārais kreacionisms Evolūcija ir realitāte, bet Dieva ierosināta Inteliģentais dizains Dievs ir iejaucies dabas procesos 51

Jaunās Zemes kreacionisms • Kosmoss, Zeme un cilvēki ir radīti pēdējo 10 000 tūkstošu gadu laikā, tipiski – 4004 gadā p. m. ē, naktī uz 23. oktobri (saskaņā ar Ašera hronoloģiju) • Strikta Bībeles interpretācija • Ģeoloģiskie veidojumi uz Zemes ir Grēku plūdu sekas ( «plūdu ģeoloģija» ), fosilijas – nogulumi pēc grēku plūdiem, radušies dažu dienu, vai ilgākais – gada laikā • Saskaņā ar 2012. gada aptauju, 46% amerikāņu piekrīt viedoklim, ka «Dievs radīja cilvēku aptuveni tagadējā izskatā pēdējo 10 000 gadu laikā» • Tam pašam viedoklim piekrīt 25% amerikāņu ar doktora zinātnisko grādu Kreacionisma izpētes institūts Dallasā, ASV 52

53