Программа государственного междисциплинарного экзамена по биологии
2009-04-15 15:34Программа утверждена методической комиссией биолого-почвенного факультета СПбГУ июнь 2001 г.
I. Разнообразие форм организации живого
Глобальное эволюционное древо клеточных организмов. Молекулярная палеонтология.
Современное состояние клеточной теории. Сравнительная структурно-функциональная характеристика прокариотов и эукариотов. Симбиозы с участием прокариотов. Теория симбиогенеза пластид и митохондрий.
Общая характеристика бактерий (строение, физиология, генетика). Распространение, биоразнообразие и классификация бактерий. Роль бактерий в биосфере и их практическое значение.
Общая характеристика архей (строение, физиология, генетика). Распространение, биоразнообразие и классификация архей. Роль архей в биосфере. Экстремальные среды обитания. Прокариотные организмы-экстремофилы.
Типы строения вирусных частиц. Классификация вирусов. Пути распространения вирусов и механизмы вирусного заражения клетки. Репродукция вирусов. Вирусы бактерий, растений и животных.
Растения. Современные представления о положении водорослей в системе органического мира. Особенности строения клетки водорослей. Типы морфологической дифференциации таллома водорослей. Размножение, основные типы циклов развития водорослей. Основные отделы водорослей, принципы классификации, происхождение, филогенетические связи. Экологические группировки. Распространение водорослей. Высшие растения, их общая характеристика, основные особенности организации, биологии и размножения. Выход растений на сушу, первые наземные растения, предполагаемые предки. Возникновение органов и дифференциация тканей растений в процессе приспособления к жизни на суше. Система растительных тканей. Совершенствование проводящей системы в ходе эволюции. Основные систематические группы высших растений, их филогенетические связи. Принципы классификации и ботанической номенклатуры. Эволюция цикла полового размножения высших растений (от мохообразных до цветковых). Биологическое значение перехода высших растений от равно- к разноспоровости. Возникновение семенных растений. Строение семезачатка и его строение у голо- и покрытосеменных растений. Семя, его формирование, строение и биологическое значение. Основные гипотезы происхождения цветковых растений. Основные направления эволюции, связанные с насекомо- и ветроопылением. Происхождение однодольных растений.
Грибы. Современные представления о положении грибов в системе органического мира. Особенности строения вегетативного тела грибов. Размножение грибов, строение и эволюция плодовых тел грибов. Циклы развития. Паразитизм, сапрофитность грибов, симбиоз с другими организмами. Основные отделы грибов, принципы классификации, происхождение, филогенетические связи.
Лишайники. Современные представления о систематическом положении лишайников. Дуалистическая природа лишайников. Особенности фитобионта и микобионта. Морфология и анатомия слоевища лишайников. Размножение. Типы взаимоотношений компонентов лишайников. Экологические группировки и распространение лишайников. Общие представления об эволюции животного мира и её закономерностях. Современная зоологическая классификация.
Беспозвоночные и позвоночные животные. Современные представления о протистах. Применимость понятия «клетка» к протистам. Протисты как целостные организмы. Организация протистов. Сопоставление протистов и многоклеточных животных. Поисхождение многоклеточных животных. Сравнительный анализ организации сколецид, трохофорных и вторичных животных. Общий обзор системы и филогении беспозвоночных животных. Связь беспозвоночных животных с хордовыми.
Основные черты типа хордовых. Деление на подтипы и классы. Оболочники. Бесчерепные. Позвоночные, общая характеристика. Бесчелюстные, ископаемые и современные формы. Челюстноротые, основные особенности строения. Хрящевые и костные рыбы, стоение, биология, филогения и систематики. Выход позвоночных на сушу, план строения тетрапод. Древние и современные земноводные. Амниоты, внезародышевые оболочки и их значение. Зауропсиды и теропсиды – две филогенетические линии амниот. Многообразие ископаемых и современных пресмыкающихся. Птицы, особенности организации и биологии. Происхождение и систематика. Млекопитающие, особенности строения. Внезародышевые оболочки и устройство плаценты. Происхождение и филогения. Современные группы млекопитающих.
Литература:
Основная:
Васильев А.Е. и др. Анатомия и морфология растений. М., 1988.
Горленко М.В. и др. Низшие растения, м., 1981.
Гусев М.В., Минеева Л.А. Микробиология. Изд-во МГУ, М., 1992.
Догель В.А. Зоология беспозвоночных. М., Высшая школа, 1981.
Иванов А.В. Происхождение млекопитающих животных. Л., Наука, ЛО, 1968.
Комарицкий Н.А., Кудряшов Л.В., Уранов А.А. Систематика растений. М., 1975.
Наумов Н.Н. Зоология позвоночных. Ч.1,2. М., 1979. Часть 1 Часть 2
Сергиевская Е.В. Практичекий курс систематики высших растений. Л., 1991.
Хаусман К. Протистология М., Мир, 1988.
Дополнительная:
Беклемишев В.Н. Основы сравнительной анатомиибеспозвоночных. Т.1, 2. М., Наука, 1964.
Громов Б.В. Строение бактерий. Изд-во ЛГУ, 1965.
Жизнь растений. Тт.1-6, М., 1974-1982.
Рейвн П. и др. Современная ботаника, тт.1, 2. М., 1990.
Серавин Л.Н. Простейшие….Что это такое? Л., наука, ЛО, 1984.
Тахтаджян А.Л. Высшие растения. Ч.1, М.-Л., 1956.
Тахтаджян А.Л. Основы эволюционной морфологии покрытосеменных. М.-Л., 1964.
Тахтаджян А.Л. Происхождение покрытосеменных растений., М., 1961.
Тахтаджян А.Л. Система магнолиофитов. Л., 1987 (общая часть).
Шлегель Г. Общая микробиология. Мир. М., 1987.
II. Структурно-функциональные аспекты организации биосистем:
Первое и второе начала термодинамики и их применимость в биологии. Термодинамические функции состояния систем и их использование в биологии. Диссипативные структуры.
Структурно-функциональная организация основных молекулярных компонентов живых организмов и их биохимические свойства. Пептиды. Белки, их классификация, структура, свойства и биологическая роль.
Ферменты, их классификация, структура, свойства и биологическая роль. Коферменты. Металлоорганические соединения. Липиды, их классификация, структура, свойства и биологическая роль. Углеводы, их классификация, структура, свойства и биологическая роль. Нуклеотиды, их структура и биологические функции. Полинуклеотиды. ДНК и РНК, их структура, свойства и биологические функции.
Энергетический метаболизм. Виды макроэргических соединений. Трансформация энергии в биологических системах. Типы окислительно-восстановительных реакций. Митохондрии, хлоропласты, их структура. Механизм работы АТФ-синтазного комплекса митохондрий и хлоропластов. Организация биосинтетических процессов и их связь с системами энергетического метаболизма.
Структурно-функциональная организация мембран. Мембранный транспорт (активный, пассивный, транспорт в мембранной упаковке). Структурно-функциональная организация ионных каналов. Пути проведения сигналов в клетке. Рецепторы, их классификация. Система вторичных посредников. Роль факторов роста в процессах детерминации и дифференциации. Организация и функционирование цитоскелета. Актиновые и тубулиновые структуры. Мембранные органеллы цитоплазмы. Рибосомы, их организация и функционирование. Пути транспорта белка в клетке (ко- и посттрансляционные пути). Белки теплового шока, шапероны. Организация клеточного ядра (ядерная оболочка, хроматин, ядрышко). Ядерно-цитоплазматический транспорт. Клеточный цикл и его регуляция.
Определение понятия ткани, происхождение и классификация тканей. Особенности системной организации и эволюционной динамики основных типов тканей животных (пограничные ткани, ткани внутренней среды, ткани нервной системы и мышечные ткани).
Строение, свойства и функции пигментов зеленого листа. Световые и темновые реакции фотосинтеза. Пути ассимиляции углекислоты у растений (С3- и С4-пути фотосинтеза).Фиксация молекулярного азота. Структура и функции клеточной стенки растений. Фитогормоны. Специфика роста и морфогенеза растительных организмов. Роль меристем в процессах роста и развитии растения. Центральные и периферические органы иммунной системы. Общие понятия о клеточном и гуморальном иммунитетах. Антитела и антигены, антигенраспознающие рецепторы, иммуноглобулины. Межклеточная кооперация в ходе иммунного ответа.
Физиологическая система как взаимодействие органов. Орган как совокупность различных по происхождению и строению тканей. Строение, эволюция и основные механизмы деятельности сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной, выделительной и репродуктивной систем. Нервная и гуморальная системы как главные интегрирующие системы организма. Гормон, нейрогормон, медиатор, пептид как факторы регуляции физиологических систем организма. Организация и особенности функционирования ЦНС человека. Электрические явления в возбудимых тканях. Физиология синаптической передачи, типы синапсов. Доминанта и условный рефлекс как принципы функциональной организации поведения. Органы чувств. Механизмы восприятия и формирования образов. Психосоматические реакции, эмоции и память в регуляции поведения. Поведение как фактор видообразования. Эволюция форм научения. Особенности психофизиологии человека. Сознание и бессознательное. Психофизиология информационных процессов. Онтогенез человека. Формирование мышления и речи. Функциональная межполушарная асимметрия.
Явление наследственности. Наследственная и ненаследственная изменчивость. Понятие о норме реакции. Закономерности наследования. Митоз и мейоз как механизмы, обеспечивающие закономерное распределение генетического материала. Хромосомная теория наследственности. Наследование, сцепленное с полом. Сцепление генов. Построение генетических карт. Материальные основы наследственности. ДНК как носитель генетической информации. Репликация, рекомбинация, репарация. Что такое ген. Сложная структура гена. Действие гена: транскрипция, трансляция. Регуляция экспрессии генов, регуляторные белки. Процессинг. Сплайсинг. Обратная транскрипция. Генетический код. Мутационный процесс: генные, хромосомные и геномные мутации. Нехромосомное наследование: генетика митохондрий, пластид. Особенности наследования в жизненных циклах высших растений, животных, эукариотических и прокариотических микроорганизмов. Генная инженерия. Генетические закономерности в популяциях.
Особенности организации индивидуального развития у представителей разных типов Metazoa. Морфологическая и молекулярно-биологическая характеристика гаметогенеза позвоночных. Оплодотворение. Дробление. Формирование общего плана строения зародыша. Индивидуальное развитие и филогения. Индивидуальное развитие модельных объектов - представителей Spiralia, насекомых, иглокожих, асцидий, бесчерепных, рыб, амфибий, птиц и млекопитающих. Молекулярно-биологические основы индивидуального развития. Теория дифференциальной активности генов. Морфогенез и его механизмы (рост, межклеточные взаимодействия, миграция клеток, апоптоз). Закономерности становления пространственной организации зародыша. Представление о позиционной информации и морфогенетических полях. Молекулярно-генетические механизмы сегментации тела насекомых на примере дрозофилы. Молекулярно-генетические механизмы развития конечности позвоночных. Проблемы регенерации и бесполого размножения. Детерминация пола у животных. Молекулярно-генетические механизмы детерминации пола у нематоды Caenorhabditis elegans, дрозофилы, млекопитающих. Определение пола, зависимое от среды.
Литература:
Основная:
Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Робертс К., Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки. В трех томах. М., Мир, 1994.
Батуев А.С. Высшая нервная деятельность. М. 1991.
Белоусов Л.В.. Основы общей эмбриологии. Изд. МГУ. 1993.
Гилберт С.. Биология развития. В трех томах. М., Мир. 1993-1995.
Гудвин Т., Мерсер Э. "Введение в биохимию растений" в двух томах. М., Мир.
Данилова Н.Н. Психофизиология. М. 1988.
Ленинджер А. Биохимия М., Мир, 1985.
Заварзин А.А., Харазова А.Д., Молитвин М.Н. Биология клетки (общая цитология). СПб, Изд. СПбГУ, 1992.
Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции. М., 1989.
Корочкин Л.И. Введение в генетику развития М., Наука, 1999.
Мак-Фарленд Д. Поведение животных. Психобиология, этология и эволюция. М. Мир, 1983.
Марри Р., Гренне Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека 1993.
Морфология нервной системы. Л. Изд. ЛГУ. 1985. с.1-160.
Полевой В.В."Физиология растений", Изд-во "Высшая школа", М. , 1989. "Мир",М„ 1986.
Руководство по физиологии. Под ред. А.С. Батуева. Л.
Сингер М., Берг П. Гены и геномы. М. Мир, 1998.
Скулачев В.П. Биоэнергетика. Мембранные преобразователи энергии. М. 1986.
Спирин А.С. Молекулярная биология. Структура и биосинтез нуклеиновых кислот. М. 1990.
Страйер Л. Биохимия М. Мир, 1984.
Физиология поведения. В двух томах. Нейрофизиологические закономерности. 1986. Нейробиологические закономерности. 1987.
Физиология человека. Под ред. Г.Н. Косицкого М. 1985.
Физиология человека и животных. В двух томах. Под ред. А.Д. Ноздрачева. М. 1991.
Хэм А. и Кормак Д. Гистология. В пяти томах. М., Мир, 1983.
Шеперд Г. Нейробиология. Том 1, 2. М. 1987.
Ярилин А.А. Основы иммунологии М., 2000.
Дополнительная:
Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика. М., 1998.
Алиханян С.И., Акифьев А.П., Чернин Л.С. Общая генетика. М., 1985.
Бакл Дж. Гормоны животных. М.1986.
Зенгер В. принципы структурной организации нуклеиновых кислот. М., 1987.
Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия 1992.
Лутова Л.А., Тиходеев О.Н., Тихонович И.А., Проворов Н.А., Шишкова С. О., Ходжайова Л. Т. Генетика развития растений. Л., Наука, 2000.
Льюин Б. Гены. М., 1987.
Оленев С.Н. Конструкция мозга. Л. 1987.
Основы психофизиологии. Под ред. Ю.И. Александрова. М. 1997.
Рэндол Г. и др. Физиология человека. М. 1992.
Степанов В.М. Молекулярная биология. Структура и функции белков. 1996.
Щербо И.В., Марютина Т.М., Григоренко Е.Л. Психогенетика. М. 1999.
III. Основы экологии и теория эволюции
Классификация экологических факторов. Ограничивающее действие экологических факторов. Закон минимума. Оптимум и пределы толерантности. Экологические ряды. Преферендум. Совместное действие экологических факторов. Экологическая ниша. Способы адаптации организмов к действию экологических факторов.
Методы оценки численности популяций. Статические и динамические характеристики популяции. Демографическая структура популяции. Кривые выживания. Чистая скорость размножения и мальтузианский параметр. Неограниченный и ограниченный рост популяции. Формы внутривидовой конкуренции и ее последствия. Жизненный цикл и жизненные стратегии организмов. Кооперация социальное поведение. Миграции и расселение организмов. Динамика численности популяций.
Типы взаимодействий между популяциями. Межвидовая конкуренция и ее последствия. Принцип конкурентного исключения. Разделение ниш конкурирующих видов. Формы биотрофии. Взаимоотношения и динамика популяций хищника и жертвы, паразита и хозяина. Коэволюция биотрофов и их жертв. Способы защиты от биотрофии у растений и животных. Роль взаимовыгодных отношений между организмами в организации биосферы. Мутуализм и симбиоз.
Природа сообщества и биоценоза. Градиентный анализ и концепция континуализма. Континуальность и квантованность растительного покрова. Формы и причины разнообразия сообществ. Видовое богатство и выровненность. Ординация и классификация сообществ. Пространственная и функциональная структура биоценоза как отражение биоценотических взаимодействий. Механизмы интеграции в сообществе.
Средообразующая роль организмов. Консорции. Пищевые цепи. Биогеоценозы и экосистемы. Основные компоненты и функциональная схема экосистемы. Поток энергии и круговорот веществ в экосистеме. Первичная продуктивность экосистемы: валовая и чистая. Вторичная продуктивность. Чистая первичная продуктивность сообщества. Трофическая структура экосистемы. Трофические уровни и экологические пирамиды. Пастбищный и детритный пути переноса вещества и энергии в экосистеме. Понятие экологической сукцессии. Типы, формы и механизмы сукцессий. Концепция климакса. Стабильность и устойчивость экосистем.
История развития научных взглядов на эволюцию. Теория эволюции Ж. Б. Ламарка. Основные элементы теории эволюции Ч. Дарвина. Развитие эволюционной теории после Дарвина. Кризис дарвинизма в начале XX столетия. Возникновение и развитие синтетической теории эволюции. Место и значение дарвинизма в современной науке.
Микроэволюция. Закон Харди-Вайнберга. Естественный отбор: определение, принципы действия, основные типы и формы. Количественное описание и моделирование естественного отбора. Абсолютная и относительная приспособленность, коэффициент отбора. Действие отбора на количественные признаки; селекционный дифференциал и ответ популяции на отбор. Генетический дрейф и популяционные волны. Инбридинг. Эффективная величина популяции. Источники и природа генетической изменчивости в популяциях. Генетический полиморфизм: формы и механизмы поддержания. Поток генов и изоляция как факторы микроэволюции. Молекулярная эволюция и теория нейтральности. Плата за отбор и генетический груз популяции.
Естественный отбор и адаптация. Естественный отбор и фенотипическая изменчивость; значение нормы реакции. Генетическая ассимиляция как важнейший механизм эволюции. Единицы и уровни естественного отбора. Субиндивидуальный отбор. Геномные конфликты. Групповой и родственный отбор; эволюция альтруизма. Эволюция рекомбинации и полового размножения. Естественный отбор и соотношение полов в популяциях. Половой отбор: формы, механизмы и роль в эволюции. Эволюция систем спаривания у животных.
Вид и видообразование. Основные концепции вида. Критерии вида. Концепция биологического вида. Структура биологического вида. Дивергентное и недивергентное видообразование. Постепенное и "мгновенное" видообразование. Аллопатрическое и симпатрическое видообразование. Гибридные зоны. Отбор на усиление изоляции. Изолирующие механизмы.
Макроэволюция. Фенетическая, кладистическая и эволюционная школы в систематике. Методы реконструирования филогении: кладистический анализ; гомология и гомоплазия. Соотношение микро- и макроэволюции. Возникновение нового в эволюции. Факторы, определяющие и ограничивающие эволюцию формы. Соотношение онтогенеза и филогенеза; роль различных форм гетерохронии и аллометрии в образовании новых форм. Скорость эволюции в разных группах организмов. Филетический градуализм и теория прерывистого равновесия. Неравномерность и мозаичность эволюции. Дивергенция, конвергенция, параллелизм. Адаптивная радиация. Прогресс и регресс в эволюции. Биологический и морфофизиологический прогресс. Ароморфозы и идиоадаптации. Причины вымирания организмов. Массовые вымирания в истории Земли и их возможные причины.
Литература:
Основная:
Бигон, М., Харпер, Дж., Таунсенд, К. Экология. Особи, популяции и сообщества. М.: Мир, 1989, т.1 - 667 с., т.2 - 477 с.
Гиляров, А.М. Популяционная экология. М.: Изд. МГУ, 1990, 191 с.
Ипатов, В. С., Кирикова, Л. А. Фитоценология. СПб, Изд-во СПбГУ, 1997.
Одум, Ю. Экология. М.: Мир, 1988, т.1 - 328 с., т.2 - 376 с.
Пианка, Э. Эволюционная экология. М.: Мир, 1981, 400 с.
Риклефс, Р. Основы общей экологии. М.: Мир, 1979, 424 с.
Грант, В. Эволюционный процесс. Критический обзор эволюционной теории. Мир, М., 1991, 488 с.
Кайданов, Л.З. Генетика популяций. Высшая школа, М., 1996, 320 с.
Рэфф, Р. и Т. Кофмен. Эмбрионы, гены и эволюция. Мир, М., 1986, 402 с.
Северцов, А.С. Основы теории эволюции. Изд-во Московского ун-та, М., 1987, 320 с.
Солбриг, О. и Д. Солбриг. Популяционная биология и эволюция. Мир, М., 1982, 488 с.
Тыщенко, В.П. Введение в теорию эволюции. Изд-во СПб ун-та, СПб, 1992, 240 с.
Яблоков, А. В. и А. Г. Юсуфов. Эволюционное учение (Дарвинизм). Высшая школа, М., 1998, 336 с.
Дополнительная:
Бродский, А.К. Краткий курс общей экологии. СПб: Изд. СПбУ, 1992, 162 с.
Василевич, В. В. Очерки теоретической фитоценологии. Л., Наука, 1983.
Дажо, Р. Основы экологии. М.: Прогресс, 1975, 415 с.
Небел, Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир. М.: Мир, 1993, т. 1 - 421 с., т. 2 - 330 с.
Работнов, Т. А. Фитоценология. М., Изд-во МГУ, 1992.
Рамад, Ф. Основы прикладной экологии. Л.:Гидрометеоиздат, 1981, 543 с.
Реймерс, Н.Ф. Природопользование. Словарь - справочник. М.: Мысль, 1990, 639 с.
Уиттекер, Р., Сообщества и экосистемы. М., Прогресс, 1980.
Айала, Ф. Введение в популяционную и эволюционную генетику. Мир, М., 1984, 230 с.
Берман, З.И. и др. История эволюционных учений в биологии. Наука, М., Л., 1966.
Галл, Я. М. Становление эволюционной теории Чарльза Дарвина. Наука, СПб, 1993, 140 с.
Дарвин, Ч. Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь. Перевод с 6-го издания (Лондон, 1872). Наука, СПб, 1991, 539 с.
Докинз, Р. Эгоистичный ген. Мир, М., 1993, 317 с.
Кейлоу, П. Принципы эволюции. Мир, М., 1986, 128 с.
Клюге, Н. Ю. Принципы систематики живых организмов. Изд-во СПбУ, СПб, 1999, 87 с.
