Matematyka – 45 h
Ciągi i szeregi liczbowe. Rachunek macierzowy. Równania i układy równań liniowych. Rachunek różniczkowy i całkowy funkcji jednej i wielu zmiennych – pochodna, pochodna cząstkowa, pochodna kierunkowa, różniczka zupełna funkcji wielu zmiennych, całki pojedyncze, całki wielokrotne. Rozwiązywanie równań różniczkowych. Podstawy rachunku prawdopodobieństwa – zdarzenia losowe i prawdopodobieństwo, jednowymiarowe zmienne losowe dyskretne i ciągłe oraz ich rozkłady, funkcja gęstości prawdopodobieństwa i dystrybuanta. Średnia arytmetyczna, geometryczna i harmoniczna. Mediana i wartość modalna. Wariancja, odchylenie standardowe i współczynnik zmienności. Błąd standardowy i przedział ufności. Testowanie hipotez o różnicach między średnimi i związkach między zmiennymi.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
posługiwania się metodami matematycznymi w biologii; opisu matematycznego zjawisk oraz procesów fizycznych i chemicznych w przyrodzie.
Fizyka i biofizyka – 45 h
Podstawowe zjawiska i procesy fizyczne. Podstawy mechaniki klasycznej. Elementy termodynamiki fenomenologicznej – wymiana ciepła, kalorymetria. Grawitacja. Elementy akustyki. Elektryczne i magnetyczne właściwości materii. Metody pomiaru wielkości elektrycznych, w tym potencjałów elektrycznych w żywych organizmach. Fale elektromagnetyczne. Promieniowanie jonizujące i jego oddziaływanie z materią. Elementy optyki falowej i geometrycznej. Mikroskopia optyczna i elektronowa. Spektroskopia atomowa i molekularna. Elementy fizyki jądrowej. Magnetyczny rezonans jądrowy. Podstawy krystalografii. Spektroskopia.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
rozumienia zjawisk i procesów fizycznych w przyrodzie; pomiaru lub określania podstawowych wielkości fizycznych.
Chemia– 120 h
Podstawowe pojęcia i prawa chemii. Układ okresowy pierwiastków, konfiguracja elektronowa atomów. Wiązania chemiczne. Budowa cząsteczek. Stechiometria. Charakterystyka związków nieorganicznych, organicznych i kompleksowych. Rodzaje reakcji chemicznych. Fazy: gazowa, ciekła i stała. Roztwory – roztwory elektrolitów. Podstawy termodynamiki chemicznej. Równowaga chemiczna – równowagi w roztworach elektrolitów, równowagi kwasowo-zasadowe. Podstawy kinetyki chemicznej. Elektrochemia – ogniwa, elektroliza. Elementy chemii analitycznej. Gospodarowanie chemikaliami.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
opisu właściwości pierwiastków i związków chemicznych; opisu reakcji chemicznych za pomocą równań; wykonywania obliczeń chemicznych; wykonywania analiz ilościowych i jakościowych w zakresie niezbędnym do wyjaśniania zjawisk i procesów biologicznych; bezpiecznego postępowania z chemikaliami.
Biologia molekularna i podstawy biotechnologii
Molekularna organizacja komórki. Struktura i funkcje białek, kwasów nukleinowych, lipidów i węglowodanów. Budowa i funkcja enzymów. Metabolizm – lokalizacja, regulacja i integracja procesów komórkowych. Zaburzenia metabolizmu. Replikacja DNA. Mutacje i naprawa DNA. Rekombinacja genetyczna. Kod genetyczny. Ekspresja genów i jej regulacja. Metody analizy genetycznej. Chromosomowa teoria dziedziczenia. Dziedziczenie pozachromosomowe. Genomika i proteomika. Molekularne podstawy chorób dziedzicznych i nowotworowych. Inżynieria genetyczna i jej podstawowe narzędzia. Diagnostyka molekularna. Terapia genowa. Budowa i zróżnicowanie mikroorganizmów. Fizjologia drobnoustrojów. Wirusologia molekularna. Molekularne podstawy patogenezy mikroorganizmów. Molekularne i komórkowe podstawy odpowiedzi immunologicznej. Tolerancja i nadwrażliwość immunologiczna. Szczepienia i przeszczepy. Biotechnologia – wykorzystanie organizmów w medycynie, rolnictwie, przemyśle i ochronie środowiska. Organizmy modyfikowane genetycznie.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
posługiwania się podstawowymi technikami biochemicznymi, genetycznymi, mikrobiologicznymi i immunologicznymi; rozumienia molekularnych podstaw funkcjonowania organizmów prokariotycznych i eukariotycznych; rozumienia możliwości wykorzystywania materiału biologicznego w medycynie, rolnictwie, przemyśle i ochronie środowiska.
Biologia środowiskowa
Struktura i rozwój biosfery – teorie powstania i ciągłości życia na Ziemi. Cykl hydrologiczny. Cyrkulacja atmosferyczna. Produkcja i dekompozycja materii organicznej w środowisku wodnym i lądowym. Depozyty materii organicznej. Cykl węgla, azotu, fosforu, siarki i żelaza. Procesy redoks w biosferze. Bilans energetyczny biosfery. Warunki geologiczne, geochemiczne i klimatyczne a różnorodność i struktura biomów. Trwałość układów przyrodniczych w czasie i przestrzeni. Ekologia jako dziedzina nauk przyrodniczych. Poziomy organizacji systemów ekologicznych. Organizmy a środowisko. Bioenergetyka organizmów. Tolerancja ekologiczna. Adaptacje. Nisza ekologiczna. Rozrodczość, śmiertelność, migracje. Struktura wiekowa, płciowa i socjalna populacji. Strategie życiowe. Dynamika liczebności. Regulacja liczebności. Interakcje między gatunkami. Biocenoza. Sukcesja ekologiczna. Ekosystem. Mechanizmy ewolucji – molekularne podstawy ewolucji, dobór naturalny, genetyka populacji: prawo Hardy’ego i Weinberga, równowaga mutacyjno-selekcyjna, współdziałanie dryfu i doboru, zegar molekularny, dobór naturalny i sztuczny w przypadku cech ilościowych. Ewolucja i utrzymywanie się rozrodu płciowego. Systemy kojarzeń i dobór płciowy. Konflikty wewnątrz genomu. Ewolucja altruizmu biologicznego. Specjacja i radiacje przystosowawcze. Wymieranie gatunków i wielkie wymierania. Prawidłowości makroewolucji. Ochrona przyrody i środowiska – podstawy prawne. Organizacja ochrony przyrody i środowiska w Polsce i Unii Europejskiej. Ochrona gatunkowa i obszarowa. Ochrona różnorodności genetycznej, gatunkowej i biocenotycznej. Strategia ochrony przyrody. Formy eksploatacji środowiska. Degradacja wód, gleb i atmosfery. Monitoring środowiska. Stan środowiska a wzrost gospodarczy. Gospodarowanie zasobami naturalnymi. Strategia zrównoważonego rozwoju. Etyka ochrony przyrody i środowiska.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
rozumienia podstawowych procesów ekologicznych na poziomie populacji, ekosystemów i biosfery; rozumienia procesu ewolucji; rozumienia problemów ochrony przyrody i środowiska.
Różnorodność i ewolucja organizmów
Rola i zadania systematyki (taksonomii). Zasady współczesnej nomenklatury biologicznej. Źródła danych i sposoby ich interpretacji w taksonomii. Podstawy systematyki fenetycznej, kladystycznej i ewolucyjnej. Taksonomia molekularna. Główne hipotezy i teorie pochodzenia roślin plechowych i osiowych. Przegląd systematyczny głównych linii rozwojowych roślin. Polifiletyczny charakter glonów. Pochodzenie i główne kierunki rozwojowe roślin lądowych. Stopnie organizacyjne i ich przegląd systematyczny, ze szczególnym uwzględnieniem roślin nasiennych. Budowa i biologia grzybów. Formy troficzne. Mikoryza, endofity, grzyby lichenizowane. Rola grzybów w ekosystemie. Mikologia stosowana. Organizacja komórki pierwotniaków. Przegląd systematyczny pierwotniaków. Teorie pochodzenia tkankowców. Rodzaje symetrii. Gąbki i jamochłony, powstanie Bilateralia. Przegląd typów Metazoa w aspekcie ewolucyjnym. Powstanie strunowców. Przegląd systematyczny kręgowców.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
rozumienia głównych mechanizmów i tendencji w ewolucji roślin i zwierząt; charakteryzowania roślin korzystając ze źródeł monograficznych; rozpoznawania typów i ważniejszych gromad zwierząt.
Budowa, funkcje i rozwój organizmów
Budowa i funkcjonowanie poszczególnych przedziałów komórkowych. Sygnalizacja wewnątrz i międzykomórkowa. Cykl komórkowy i jego regulacja. Podstawowe procesy fizjologiczne komórki. Metody stosowane w biologii komórki. Funkcjonalne układy tkankowe roślin i zwierząt. Biologia i regulacja rozwoju poszczególnych grup organizmów. Procesy fizjologiczne organizmów roślinnych i zwierzęcych. Współdziałanie i regulacja procesów fizjologicznych. Struktura i funkcja organizmu, a przystosowanie do środowiska. Metody badań in vivo i in vitro. Anatomia funkcjonalna człowieka.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
rozumienia podstawowych zagadnień dotyczących struktury i funkcji komórki; rozumienia mechanizmów podstawowych procesów życiowych organizmów na różnych poziomach organizacji; stosowania elementarnych technik biologii eksperymentalnej; rozumienia budowy anatomicznej człowieka.
Metodologia nauk przyrodniczych – 30 godzin
Wprowadzenie do teorii poznania. Spór o uniwersalia – realizm pojęciowy skrajny i umiarkowany, klasyczna i współczesna postać tego sporu. Spór o istnienie typów ontologicznych. Zagadnienie prawdy. Porządek argumentacyjny w nauce – interpretacja, uzasadnianie, uznawanie. Struktura i funkcje nauki. Rodzaje pytań. Wyjaśnianie. Nauka jako działalność modelująca rzeczywistość. Zagadnienia rozwoju nauki – logika czy historia rozwoju. Struktura teorii i powiązania metodologiczne w biologii.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
rozumienia filozoficznych uwarunkowań wiedzy przyrodniczej; posługiwania się argumentacją teoretyczną (filozoficzną); formułowania krytyki; rozumienia miejsca i roli procedur sprawdzających.
Bioetyka – 15 godzin
Źródła norm etycznych w odniesieniu do zwierząt. Tezy etyki. Eutanazja zwierząt. Problemy etyczne związane z: hodowlą komórek i tkanek in vitro – w tym komórek macierzystych – transplantacją, inżynierią genetyczną, zwierzętami transgenicznymi, badaniami nad ludzkim genomem, geotechnologią, zapłodnieniem in vitro, bankami spermy, magazynowaniem zarodków. Etyka ochrony gatunków, przyrody, środowiska i własności intelektualnej.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
rozumienia i stosowania norm etycznych w pracy zawodowej biologa.
Metody statystyczne w biologii – 30 godzin
Statystyka jako narzędzie badawcze nauk przyrodniczych. Populacja generalna a próba. Średnie i miary rozproszenia. Weryfikowanie hipotez za pomocą rozkładu dwumianowego i normalnego. Przedziały ufności dla średnich. Testy parametryczne i nieparametryczne różnic między średnimi. Testy chi kwadrat. Najważniejsze układy eksperymentalne w biologii. Statystyczna analiza wyników –ANOVA, ANCOVA. Układy czynnikowe i hierarchiczne. Układy z powtarzanymi pomiarami oraz ich kombinacje. Efekty ustalone i losowe. Badanie zależności między zmiennymi – analiza regresji i korelacji.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
prawidłowego planowania eksperymentu; posługiwania się metodami statystyki matematycznej w analizie danych doświadczalnych i obserwacji terenowych.
Techniki mikroskopowe
Mikroskopia elektronowa transmisyjna i skaningowa. Typy mikroskopów optycznych, układów optycznych i technik oświetlenia obiektu. Rodzaje preparatów mikroskopowych. Techniki utrwalania i barwienia. Autoradiografia. Rodzaje reakcji cyto- i histochemicznych. Techniki cyto- i histochemii powinowactwa. Hybrydyzacja in situ. Lokalizacja komórkowa, w tym z użyciem genów reporterowych. Mikroskopia konfokalna. Komputerowa analiza obrazu.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
rozumienia wiedzy teoretycznej z zakresu technik mikroskopowych; przeprowadzania eksperymentów z użyciem mikroskopów.
Ekologia ewolucyjna
Definicje adaptacji, dostosowania, czynnika bezpośredniego
i ultymatywnego. Krytyka koncepcji doboru gatunku i doboru grupowego. Dobór krewniaczy i dostosowanie włączne. Teoria kooperacji. Optymalizacja ewolucyjna. Ewolucja strategii życiowych. Ewolucja płciowości i dobór płciowy. Ewolucyjne aspekty regulacji wielkości populacji. Starzenie organizmów jako problem ewolucyjny.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
rozumienia problemów z pogranicza ekologii i ewolucji; posługiwania się modelami matematycznymi do badania zagadnień z zakresu ekologii ewolucyjnej.
Endokrynologia
Mechanizm działania hormonów. Struktura i czynności układu podwzgórzowo-przysadkowego. Hormony kory i rdzenia nadnerczy – wytwarzanie, uwalnianie, biologiczne działanie i inaktywacja. Regulacja hormonalna w warunkach stresowych. Hormony gruczołu tarczycowego. Regulacja hormonalna gospodarki węglowodanowej oraz wapniowo-fosforanowej. Melatonina i rytmy biologiczne. Steroidogeneza w jajnikach i jądrach. Hormony tkankowe, czynniki wzrostu, neuropeptydy.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
rozumienia mechanizmów działania hormonów i ich roli w organizmie; oznaczania stężeń hormonów białkowych i steroidowych w płynach ustrojowych.
Techniki rekonstrukcji filogenezy
Koncepcje gatunku, naturalność klasyfikacji, mono-, orto-, para- i polifiletyzm. Taksonomia klasyczna, ewolucyjna, fenetyczna i filogenetyczna. Cechy – homologie i homoplazje, polaryzacja, serie transformacyjne, homologia dla cech molekularnych. Techniki analizy fenetycznej. Analiza filogenetyczna – drzewa ultrametryczne i addytywne, algorytm a model, kryteria optymalizacji, metody algorytmiczne, odległości, maksymalizacja wiarygodności, metoda redukcjonistyczna, techniki Bayesowskie. Problem znalezienia najlepszego drzewa, błędy i wiarygodność rekonstrukcji, wnioskowanie z więcej niż jednego zestawu danych.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
rozumienia zasad działania, wad i zalet podstawowych metod analizy fenetycznej i filogenetycznej; rekonstruowania filogenezy na podstawie zestawu danych morfologicznych oraz sekwencji DNA i białek.
Bioinformatyka
Wprowadzenie do baz danych i metod analizy porównawczej sekwencji i struktur makrocząsteczek biologicznych – DNA, RNA, białek. Bioinformatyka kwasów nukleinowych. Bioinformatyka białek.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
korzystania z publicznie dostępnych baz danych sekwencji i struktur; posługiwania się metodami przeszukiwania sekwencji i struktur; posługiwania się programami do wizualizacji i manipulacji zestawami sekwencji – nukleotydowych, aminokwasowych.
Ekologia roślin
Adaptacje roślin do warunków środowiska. Historie i strategie życia. Struktura, dynamika i demografia populacji. Populacyjna struktura roślinności. Procesy ekologiczne na poziomie osobnika, populacji i fitocenozy. Koegzystencja roślin z innymi organizmami. Fitocenoza jako strukturalny i funkcjonalny składnik ekosystemu. Metody wyróżniania i klasyfikowania jednostek roślinności. Bioindykacyjna rola gatunków i jednostek roślinności w ocenie stanu środowiska przyrodniczego.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
rozumienia podstawowych procesów ekologicznych z udziałem roślin i roślinności.
Hydrobiologia
Fizyczne i chemiczne właściwości środowiska wodnego. Typologia środowisk wodnych. Wpływ czynników fizycznych, chemicznych i antropogenicznych na strukturę biocenoz. Znaczenie rozpuszczonej w wodzie materii organicznej. Przegląd podstawowych grup organizmów i ich funkcji w ekosystemach wodnych. Sieci troficzne makro- i mikroorganizmów. Wpływ drapieżników na strukturę i funkcję ekosystemów wodnych. Biomanipulacja. Rewitalizacja biocenoz i ochrona ekosystemów wodnych.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
rozumienia zjawisk i procesów w biocenozach i ekosystemach wodnych; oceny środowisk wodnych na podstawie struktury biocenoz.
Techniki znakowania cząsteczek biologicznych
Izotopowe metody znakowania kwasów nukleinowych, białek, lipidów, węglowodanów i innych substancji biologicznie czynnych. Nieizotopowe techniki znakowania makrocząsteczek biologicznych. Znakowanie in vivo i in vitro. Markery poszczególnych organelli komórkowych. Metody detekcji sygnałów po znakowaniu cząsteczek biologicznych.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
stosowania różnorodnych technik znakowania cząsteczek biologicznych; planowania doświadczeń biologicznych wymagających znakowania cząsteczek; analizy danych uzyskanych po doświadczalnym znakowaniu cząsteczek biologicznych.
Metody kultur in vitro
Eliminowanie wirusów i bakterii roślinnych poprzez kultury merystemów wierzchołkowych pędów oraz termo- i chemioterapię. Regulacja hormonalna w mikrorozmnażaniu. Wykorzystywanie zmienności somaklonalnej w ulepszaniu cech roślin. Fitochemiczne podstawy uzyskiwania pierwotnych i wtórnych metabolitów. Uzyskiwanie roślin haploidalnych do dalszych prac hodowlanych (dihaploidy). Pokonywanie barier niekrzyżowalności poprzez zapylanie i zapładnianie in vitro. Kultury dojrzałych i niedojrzałych zarodków mieszańcowych. Hybrydyzacja somatyczna.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
rozumienia podstawowych metod hodowli in vitro; przeprowadzania specjalistycznych prac eksperymentalnych; stymulowania organogenezy poprzez dobór proporcji regulatorów wzrostu.
Biologia wybranych grup organizmów
Morfologiczne, anatomiczne i fizjologiczne przystosowanie organizmów do określonych warunków środowiska. Ekologiczne grupy organizmów wyróżnione na podstawie podobieństw cech przystosowawczych. Wybrane czynniki środowiskowe kształtujące określony typ morfologiczny i metaboliczny organizmów, ich warunki bytowania i rozmieszczenia.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
analizy struktury i funkcji organizmu w zależności od poziomu organizacji i warunków bytowania; wyróżniania grup organizmów na podstawie ich cech biologicznych.
Paleobiologia
Zapis kopalny – fosylizacja, charakter i niepełność zapisu. Metody badań populacji kopalnych. Problem gatunku w paleontologii. Pozyskiwanie i oznaczanie skamieniałości. Morfologia teoretyczna i funkcjonalna. Biostratygrafia. Paleoekologia –rekonstrukcja trybu życia, warunków życia, środowisk. Tempo ewolucji, masowe wymierania, trendy filetyczne i filogenetyczne. Zmiany klimatu w dziejach Ziemi. Tektonika płyt. Dzieje życia na Ziemi – prekambr, fauny ediakaryjskie, eksplozja kambryjska, powstanie typów świata zwierzęcego, wkroczenie życia na lądy, rewolucja mezozoiczna, ewolucja roślin lądowych, radiacja kręgowców, powstanie człowieka, zlodowacenia.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
rozumienia zalet i ograniczeń zapisu kopalnego, tendencji i mechanizmów rozwoju życia na Ziemi; wykorzystywania danych paleontologicznych w wyjaśnianiu współczesnej różnorodności biologicznej.
Biogeografia
Sposoby rozprzestrzeniania się (dyspersji) roślin i zwierząt. Migracja, kolonizacja, ekspansja, inwazja. Wpływ czynników środowiskowych na rozmieszczenie roślin i zwierząt. Zasięgi geograficzne – kształt, wielkość, dynamika. Strefy klimatyczno-roślinne kuli ziemskiej. Kryteria wyróżniania jednostek fito- i zoogeograficznych. Flora i fauna głównych biomów świata. Kształtowanie się współczesnej szaty roślinnej i fauny Polski. Metody badania flory i fauny regionalnej.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
rozumienia mechanizmów kształtowania się zasięgów roślin i zwierząt; określania prawidłowości rozmieszczenia roślin i zwierząt na Ziemi; charakteryzowania najważniejszych jednostek biogeograficznych świata.
Genetyka człowieka
Budowa genomu człowieka. Metody badań stosowane w genetyce człowieka – różnice w stosunku do metod używanych w genetyce innych organizmów. Molekularne podstawy zaburzeń genetycznych u człowieka – metody ich wykrywania. Występowanie chorób genetycznych człowieka w różnych populacjach. Możliwości leczenia chorób genetycznych. Różnorodne praktyczne zastosowania metod genetyki molekularnej człowieka – zapłodnienie in vitro, diagnostyka prenatalna, medycyna sądowa.
Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje:
rozumienia specyfiki genomu człowieka i metod stosowanych w genetyce człowieka; rozumienia przyczyn zaburzeń genetycznych człowieka i możliwości ich leczenia; praktycznego wykorzystywania genetyki molekularnej człowieka.
