Современная биология. Общая характеристика науки биологии Биология в современном
Развитие современной биологии
Современный мир находится в стремительном развитие и совершенстве.
С первых дней своего существования человек, будучи еще младенцем пытается понять окружающий его мир. С каждым днем интерес и познания его так же растет и совершенствуется.
Все новые и новые открытия мы наблюдаем, все больше и больше невозможного становится доступным современному человеку.
Огромное значение и инновационный вклад в тренд научно-технического прогресса приходится на современную биологию.
Чем же занимается современная биология? Если быть краткими, то биология изучает законы жизни, анализирует этапы и последовательность происхождения и совершенства живых организмов.
Если обратиться к истории, то в отдельную научную дисциплину биология выделилась только в 19 веке., но это не говорит о том, что человечество и ранее не накапливало знаний в данной области научного развития. Биология как современная наука дает понять нам многое происходящее в природе и дает ответы на самые трудные вопросы, интересующие человечество.
Главный из которых-это развитие жизни на планете Земля.
Давайте вспомним немного историю развития современной биологии. Еще из учебников по истории древнего мира мы знаем об огромном и бесценном вкладе ученых Древней Греции-таких как Аристотель, Гиппократ и Теофраст в развитие биологии.
Гиппократ внес первым свой вклад в описание органов и анатомическое строение человека и некоторых животных, поднял вопросы зависимости заболеваний человека от процессов наследственности и факторов окружающей среды. Неспроста современный мир считает Гиппократа основоположником всей медицины.
Рассмотрим некоторую историческую хронологию-
Аристотель — своих трудах дал начало систематике
Теофест — за время исследований, описал более 550 видов растений.
Клавдий Гален- Дал сравнительное описании анатомии человека и обезьяны.
Леонапло да Винчи — Внес огромный вклад в систематику и описание как растений так человеческих органов.
Карл Бэр- разработал основополагающие аспекты эмбриологии
Теодор Шван – основоположник клеточной теории
Роберт Кох и Луи Пастер- первыми начали работы и опыты в области микробиологии
Грегор Мендель – известен как первопроходец и основоположник генетики.
Развитие медицины в средневековье то же оставило свой след и научные труды
Особо стоит отметить знаменитого персидского ученого –врача Авиценну, который написал несколько книг и медицинских учебников. «Канон врачебной науки» пожалуй одно из наиболее ценнейших творений ученого и по сей день является учебным пособием для студентов или точнее ими изучается.
Из более поздних умов ученого мира, несомненно нельзя обойти стороной Чарльса Дарвина и его эволюционное учение о развитии, где под изменчивостью видов понимается изменения под влиянием внешних факторов обитающей среды и самой наследственности исамого происхождения от более ранних видов.
Выдающиеся открытия в области медицины, в том числе физики , химии , математики , биологии , физиологии и генетики , дали возможность глубже познать сокровенные тайны строения организма и его деятельности . К примеру , создание внутриклеточных микроэлектродов позволило вникнуть в жизнь клетки , добиться крупнейших успехов в развитие современной биологии . С помощью методик исследований удалось выяснить роль внутриклеточных образований , и составить представление о происходящих в них химических процессах .
Открытие генетической роли нуклеиновых кислот , расшифровка кода наследственности и выяснение сложной структуры гена позволило допустить исправления тех «ошибок », которые иногда делает природа они и могут быть причиной недугов .
Таков в общих чертах фундамент современной научной медицины . Когда —то были выявлены основные закономерности молекулярного механизма мутагенеза - наследственной изменчивости микроорганизмов . Это позволило управлять некоторыми процессами наследования и физиологическими функциями .
В чём важность этой проблемы для практики ? Известно , что под влиянием различных лекарственных средств , особенно антибиотиков , микроорганизмы - возбудители тех или иных заболеваний - изменяются . Испытанные ранее и бывшие эффективными лечебные и профилактические меры оказываются вдруг недостаточно действенными .
В лабораториях изучались столь распространённые и опасные для человека возбудители дизентерии . Тонкие биохимические исследования , проведённые на молекулярном уровне , принесли принципиально новые данные о строении и химическом составе болезнетворных микроорганизмов , показали , что прежние представления о роли их в возникновении болезней были неполными , односторонними . Оказалось , что наследственная изменчивость микроорганизмов привела к возникновению новых форм их - фильтрующихся , L —форм , микоплазм .
Что такое , например , L —форма ? Это особая стадия развития бактериальной клетки , потерявшей свою внешнюю оболочку . Микроб приобретает иную , необычную для него и потому трудно распознаваемую форму и биологические свойства .
Это наследственное изменение происходит в результате действия различных веществ , чаще всего лекарственных , или защитных сил человеческого организма . Для бактерии оно имеет приспособительное значение . Непосвящённым может показаться парадоксальным , что клетка без оболочки , «раздетая », становится менее чувствительной и к защитным антителам , вырабатываемым организмом , и к лекарствам . Секрет же здесь прост : и лекарства и антитела воздействуют именно на клеточную стенку возбудителей болезни . Если её нет - исчезает «мишень », в которую целят лекарства .
Сходны с Л —формами и микоплазмы - особые мельчайшие бактерии . Была выяснена их роль в развитии пневмоний и других инфекционных болезней с нечётко выраженным течением , например , поражений суставов .
Видоизменённые формы бактерий чрезвычайно трудно опознать . Дело не только в том , что вызванные ими болезни протекают своеобразно , дают существенно отличную от знакомой до того врачам картину процесса . Более важно , что такие бактерии плохо растут на традиционных питательных средах . Лабораторный посев их культур оказывался «малоурожайным », и это путало карты при диагнозе : выходило , что возбудителя словно бы нет в организме .
Использование методов научного эксперимента и тонких приборов позволило выделить L —формы бактерий , а также из крови больных ревматизмом и септическим эндокардитом , менингитом и менингоэнцефалитом . В итоге удалось значительно улучшить диагностику при неявном , «стёртом » течении этих и некоторых других (например , бруцеллёза и туберкулёза ) заболеваний . Знание причин «неподатливости » L —форм к нынешним лекарствам помогает найти новые пути лечения .
Столь же широки перспективы и достижения приложения генетики в профилактике и лечении наследственных заболеваний человека . Прежде всего новые знания помогают выявить и принять меры к устранению вредных факторов внешней среды , обусловливающих само возникновение таких болезней .
Ранее для лечения наследственных заболеваний использовались лекарственные и гормональные препараты , позволяющие лишь в какой —то мере устранить вредные проявления неправильной работы организма . Впоследствии были открыты перспективы к устранению самой первопричины . Это способ введения в организм генетического материала , он исправляет или заменяет ненормальные гены . Новое важное направление в науке получило название «генетической инженерии ».
Знание биохимических основ работы клетки помогло на новом уровне понять механизм развития сердечно —сосудистых заболеваний . Среди них врачей наиболее заботит проблема атеросклероза .
Ещё не так давно считалось , что в возникновении этого недуга повинны избыточное питание и малая физическая активность . Безусловно , эти факторы имеют важное значение . Но оказалось , что они не единственные , а лишь рядовые среди многих других факторов , ведущих к болезни . Отложения же холестерина в стенках сосудов не первопричина , а следствие более глубоких гормональных нарушений . Было выяснено также , что комплексы из белка и жира , которые образуются в крови при этом заболевании , становятся как бы чужеродными для организма и вызывают его защитную , иммунологическую реакцию . Некоторые учёные считали , что блокирование этой реакции может стать одним из методов предупреждения атеросклероза и других сердечно —сосудистых заболеваний .
Изучение состава крови , притекающей и отходящей от сердца , позволило выявить особенности обмена веществ в больной и здоровой сердечной мышце . В своё время была разработана нейрогенная теория происхождения гипертонии , развития ишемической болезни сердца и инфаркта миокарда . Она сыграла немалую роль в успехах борьбы с этими недугами , которых удалось достичь медицине . Однако известны далеко не все причины возникновения и развития сердечно —сосудистых заболеваний . Необходимо глубже вникнуть в существо биохимических изменений не только в органах кровообращения , но и в центральной нервной клетке .
Развитие биохимии и современной молекулярной биологии привело к заметному прогрессу в изучении злокачественных опухолей и самих . Эксперименты доказали очень важное положение : оказывается , вирусы одних видов животных могут вызвать злокачественные опухоли и у других . Особенно следует отметить опыты на обезьянах . При введении им человеческого материала у животных начиналось нервозное заболевание . Был выделен вирус - предположительный «виновник » недуга - и выясняется его участие в развитии болезни у людей и его роль в современной биологии .
Нашли ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите Ctrl + Enter
Биологию в соответствии с этимологией слова (от греч. bios - жизнь и logos - слово, учение) можно в первом приближении определить как науку о жизни. Имея в виду, что до сих пор во всей Вселенной нам известна лишь одна, а именно - земная, форма жизни, уместно это ограничение ввести и в само определение науки о ней: биология - это наука о жизни во всем разнообразии проявления ее форм, связей и отношений на Земле. О том, сколь разнообразны формы жизни и ее проявления и, соответственно, сколь велико число частных, специальных наук, на которые распадается биология как паука о жизни, сейчас хорошо известно любому, окончившему среднюю школу. Все эти частные области биологической науки находятся в состоянии активного развития и содержат немалое число концепций (идей, гипотез, фактов), многие из которых представляют несомненный общегуманитарный интерес. Естественно, что нет ни малейшей возможности рассмотреть их все, поэтому элемента субъективности при отборе материала не избежать. Критерий же здесь один - отбор тех предельно общих концепций современной биологии, рассмотрение которых прямо выводит на осмысление философских (мировоззренческих, смысложизненных, методологических) проблем наших дней. В соответствии с этим уместно остановиться на разъяснении трех ключевых понятий - «современная биология», «жизнь» и «общая теория жизни» (или теоретическая биология).
Термин «современная биология» стал активно внедряться в общественное сознание с конца 1960 - начала 1970-х гг. Чаще всего его применение связывается с теми выдающимися открытиями в области физико-химической биологии, начало которым было положено в 1944 г. доказательством того, что таинственным «веществом наследственности» является особый класс химических образований, именуемых ДНК. В 1953 г. была раскрыта всем известная теперь структура ДНК в виде двойной спирали, а к началу 1960-х гг. были в основном поняты механизмы ее «деятельности», обеспечивающие выполнение двух главных функций: самовоспроизведения (репликации) и регулятора процесса биосинтеза белков в клетке. В эти же годы был расшифрован код наследственной информации и сформулированы два важнейших принципа молекулярной биологии:
- 1) принцип комплементарное™;
- 2) «центральная догма» молекулярной биологии, в соответствии с которой информация в живой клетке передается только по линии ДНК -> РНК -? белок.
Это были действительно выдающиеся достижения биологии середины XX в., которыми можно маркировать этап, отделяющий «современную биологию» от традиционной (классической, описательной). Но в этом случае необходимо сделать две в высшей степени важные оговорки. Прежде всего, следует иметь в виду, что не менее важные и значимые как в практическом, так и в теоретическом отношении события происходили и во многих других областях биологии, в том числе и в исследованиях, проводимых на уровне видов и популяций, биоценозов и экосистем, на уровне биосферы в целом, наконец. Достаточно упомянуть такие достижения нейрофизиологии, как установление факта межполушарной функциональной асимметрии головного мозга или раскрытие основных принципов распространения нервного импульса. В эти же десятилетия формулируется тот мощный корпус идей и концепций, которые лежат в основе современной этологии и экологии (в том числе и экологии человека и социальной экологии). Особенно следует выделить бурное развитие популяционной биологии и, прежде всего, такого ее раздела, как математическая генетика популяций. Именно она, как известно, стала своеобразным «мостом» между менделевской генетикой и классическим дарвинизмом, стержнем и основанием подлинно современной версии синтетической концепции эволюции, получившей название СТЭ.
Кроме того, середина XX в. - это еще и возникновение и стремительное внедрение в биологию методов кибернетики и теории информации. Они буквально революционизировали многие области биологии. Без них невозможно представить себе и развитие молекулярной биологии, где чистая «химия» во многом была переинтерпретирована в терминах кибернетики, теории информации, теории связи и криптографии.
Вторая оговорка касается преемственности научнобиологического знания. Сколь бы радикально новыми не были перечисленные достижения, они отнюдь не закрывают и не перечеркивают ни одного из достижений биологии классического периода ее развития. Появление многих открытий не могло бы совершиться, а свершившись, не могло быть в полной мере понято без таких достижений биологии прошлых столетий, как учение о клетке и клеточном строении живых организмов, теория естественного отбора Ч. Дарвина, теория корпускулярной наследственности Г. Менделя и многие другие.
Несмотря на то, что весь XX в. отмечен выдающимися достижениями в самых разных областях современной биологии, касающихся самых тонких и глубинных механизмов функционирования живых систем, вопрос о том, что такое жизнь (и вопрос о ее происхождении) до сих пор остается предметом острых дискуссий. Ситуация здесь порой выглядит столь удручающей, что наводит многих серьезных исследователей даже на мысль о принципиальной невозможности определить сущность жизни. Так, в одной из первых монографий с названием «Современная биология» ее автор, известный немецкий ученый и популяризатор науки Г. Боген, начинает первую главу с параграфа, который так и называется «Можно ли и должно ли дать определение жизни?». И вот что любопытно. «Принято считать, - пишет он, - что, перед тем как всерьез обсуждать тот или иной вопрос, нужно прежде всего точно определить объект обсуждения и дать ему четкое определение». «Но, - решительно утверждает он далее, - что касается объекта науки биологии, т.с. жизни, то здесь упомянутое требование попросту невыполнимо. Может быть правильнее всего сказать, что жизни вообще невозможно дать исчерпывающее определение». Тем не менее, такая точка зрения представляется все- таки чрезмерно (и далее неоправданно) пессимистической.
Долгое время вопрос о природе (сущности) жизни был почти исключительно предметом философских споров между представителями витализма - сторонниками существования особой жизненной силы, и механицизма , с точки зрения которых живые системы есть ничто иное как машины, подчиняющиеся в своем функционировании обычным законам физики и химии, но лишь в более сложной их комбинации, чем это имеет место в неживой природе. И лишь по мере все более полного описания и все более глубокого осмысления различных механизмов жизнедеятельности обсуждение вопроса о том, «что такое жизнь?» стало вводиться в научно-конструктивное русло.
Первой влиятельной идеей по этой проблеме, господствовавшей в науке, по существу, до 1930-х - 1940-х гг., стало понимание жизни как процесса активного и целесообразного поддержания той специфической материальной структуры, формой проявления которой является сама эта активность. Вот как писал в 1930-е гг. один из ведущих биологов того времени Дж. Холдейн: «Активное поддержание нормальной и притом специфической структуры и есть то, что мы называем жизнью; понять сущность этого процесса - значит понять, что такое жизнь». Главным механизмом поддержания этой специфической структуры считался процесс обмена веществ (и, соответственно, энергией) организмов с окружающей средой, а главным материальным носителем этой способности - белок.
Однако постепенно по мере осознания фундаментальной значимости генетических структур во всех процессах жизнедеятельности, ученые все чаще приходят к мысли, что главным процессом, характеризующим жизнь, является не столько процесс обмена веществ, сколько способность всех живых систем к самовоспроизведению, посредством которого жизнь сохранялась именно в смене (потенциально бесконечной) череды поколений. Выдающийся американский генетик, лауреат Нобелевской премии Г. Меллер еще в 1926 г. написал работу «Ген как основа жизни», в которой обстоятельно обосновал мысль, что благодаря уникальной способности генов к самоконированию и сохранению своей специфичности даже в случае изменения (мутирования) своей структуры, именно они должны рассматриваться в качестве главных кандидатов на роль подлинно материальной основы жизни и ее эволюции путем естественного отбора. При этом тогда никто не сомневался, что с химической точки зрения гены представляют собой белки. Однако вопреки этим ожиданиям оказалось (это окончательно было доказано только в 1944 г.), что гены - это не белки, а представители совсем другого класса био- полимерных молекул, а именно нуклеиновых кислот. Появился соблазн определить жизнь как форму существования ДНК, но к этому времени уже пришло осознание того, что жизнь не может быть свойством тел, веществ, а только свойством систем, т.е. чего-то, что возникает в результате взаимодействия различных тел, веществ, структур, сил, полей и т.д. Открылась перспектива раскрыть тайну жизни на пути расшифровки механизмов взаимодействия двух важнейших классов биополимеров - нуклеиновых кислот и белков.
С выходом в свет в 1948 г. работы выдающегося американского математика Н. Винера «Кибернетика», исследование проблемы природы и сущности жизни получило еще одну руководящую идею - идею самоуправления (точнее - сохраняющего самоуправления). То, что живые организмы способны автоматически поддерживать важнейшие параметры своего функционирования в границах рабочей нормы, было известно давно. Уже в XIX в. на явление гомеостазиса (т.е. поддержания постоянства внутренней среды организма) как па, возможно, самое главное, что характеризует жизнь, обратил внимание выдающийся французский физиолог К. Бернар. С кибернетикой же пришло осознание решающей роли информации как важнейшего фактора процессов саморегулирования и самоуправления жизненными процессами. В литературе замелькали такие определения жизни: «Жизнь есть способ существования органических систем, организация которых от молекулярного до системного уровня определяется использованием их внутренней информации» или «Живое - это такая форма существования информации и кодируемых ею структур, которая обеспечивает воспроизводство этой информации в подходящих условиях внешней среды» и др.
Эти три потока идей, идущие из трех разных областей исследования живого (биохимии, генетики и кибернетики), самым неожиданным и в высшей степени изящным образом были объединены в рамках молекулярной биологии, стремительно сформировавшейся после эпохального события - раскрытия структуры ДНК, позволившего понять ее как носителя кода наследственной информации, как своего рода «текст», в содержании которого записана программа формирования всех важнейших структур и отправлений его носителя, в том числе и программа собственного самовоспроизведения (самокопирования). Оказалось, что для реализации этой программы в равной мере важно наличие в клетке и определенного класса белков. Получается, что без нуклеиновых кислот невозможно образование белков, но, с другой стороны, без наличия белков невозможна специфическая активность нуклеиновых (и прежде всего дезоксирибонуклеиновых) кислот. Поэтому большинство исследователей - специалистов на сегодня считает, что жизнь на Земле появилась тогда, когда возникла открытая, т.е. непрерывно обменивающаяся со средой веществом, энергией и информацией система взаимодействующих полимеров (главными из которых являются нуклеиновые кислоты и белки), способная к самовоспроизведению, авторегуляции, развитию и эволюции.
С современной точки зрения именно самовоспроизведение, саморедупликация, а точнее даже - конвариантная (т.е. идущая с вариациями) редупликация составляет то главное, что конституирует систему взаимодействующих полимеров как живую. Именно это свойство лежит в основе деятельности естественного отбора (из вариантов), что и приводит к приспособительному изменению исходных систем, т.е. их эволюции, росту их сложности и разнообразию, образованию иерархической системы таксонов живой природы, возрастающей степени индивидуализации живых организмов, росту их активности, целенаправленности и целеустремленности поведения, а на вершине этого процесса - росту ментальности и активной преобразовательной деятельности, подготовивших появление человека и общества как исходного пункта нового, культурно- исторического этапа в развитии жизни на Земле.
Необходимо, однако, сказать, что наряду с этой генеральной линией проблематики сущности жизни, существовали и другие, не менее важные для более глубокого прояснения этих вопросов в будущем. Так, еще в 1944 г. один из выдающихся физиков XX в. Э. Шредингер выпустил книгу под названием «Что такое жизнь с точки зрения физики?», в которой подверг глубокому анализу важнейшие свойства жизни с точки зрения фундаментальных законов физики. Эта линия осмысления природы жизни нашла затем свое продолжение в современной биофизике, а также, в частности, в теории диссипативных структур и синергетике. В то же время еще в 1931 г. в статье под названием «Об условиях появления жизни на Земле» русский ученый В. И. Вернадский обосновал совершенно новое понимание жизни как изначального свойства биосферы в целом. С этой точки зрения жизнь, в известном смысле, древнее отдельно взятых живых организмов, поэтому, как пишет современный американский биофизик Г. Патти, «центральный вопрос происхождения жизни - это не вопрос о том, что возникло раньше, ДНК или белок, а вопрос о том, какова простейшая экосистема». Таким образом, на сегодня до окончательного ответа на вопрос о том, «что такое жизнь?» еще весьма далеко, и эта область научных и философских исследований ждет свежих идей от нового поколения талантливых энтузиастов.
С вопросом о сущности жизни (и возможности ее сколько-нибудь точного и исчерпывающего определения) тесно связан вопрос о возможности того, что часто именуют «общей теорией жизни» или «теоретической биологией». Для любой науки вопрос о путях и возможностях ее теоретизации является принципиально важным, поскольку принято считать, что степень зрелости любой научной области прямо пропорциональна степени ее теоретизации. Однако вопрос о возможности и путях построения теорий во всех науках, за исключением физики и химии (как и математики, разумеется), всегда представлял собой серьезную философско-методологическую проблему. В биологии этот вопрос был предметом острейших дискуссий на протяжении всего XX в.
Еще в 1930-е гг. целым рядом выдающихся биологов- мыслителей - Людвиг фон Берталанфи, Э. Бауэр, Н. Рашевский и др. - была сформулирована задача построения теоретической биологии, которая бы по степени общности, дедуктивной строгости и предсказательной силе не уступала теоретической физике. С тех пор дискуссии на эту тему непрерывно сопровождали развитие биологической науки и отнюдь не завершились в наши дни. Поэтому, возможно, полезно посмотреть на сегодняшнюю ситуацию в этой области в более широкой исторической перспективе.
Несмотря на то, что биология относится к числу старейших научных дисциплин, сложность и разнообразие форм живых организмов долгое время были серьезным препятствием для выдвижения идей общего порядка, опираясь на которые можно было бы сформулировать научное видение живой природы как единого целого. Только в 1735 г. К. Линнеем был сделан в этом направлении первый решительный шаг: с помощью предложенной им бинарной номенклатуры он построил первую искусственную классификацию всех известных тогда растений и животных. В XIX в. этот процесс объединения данных различных биологических наук в единую картину живой природы как единого целого был продолжен вначале Т. Шванном (1839) с помощью клеточной теории строения живых организмов, а затем Ч. Дарвиным (1859), показавшим историческое единство всего живого на Земле в рамках теории эволюции путем естественного отбора. Важным этапом на пути развития общей биологии явился 1900 г., когда тремя авторами независимо друг от друга были переоткрыты законы Г. Менделя и положено начало развития генетики, исходящей из положения о существовании единых дискретных материальных носителей наследственных свойств всех живых организмов и единого механизма их передачи из поколения в поколение по линии предок-потомок. Как уже говорилось выше, в 1944 г. была раскрыта химическая природа этого «вещества наследственности» (ДНК), а в 1953 г. раскрыта его структура. Этим была положена эра «молекулярной биологии», внесшей с тех пор исключительный вклад в дело понимания единых механизмов функционирования всего живого на Земле на молекулярном уровне. Наряду с этим в первой половине XX в. шла интенсивная обобщающая работа и на «надорганизменном» уровне организации жизни: учения об экосистемах (А. Тенсли, 1935), биогеоценозах (В. Н. Сукачев, 1942), о биосфере в целом (В. И. Вернадский, 1926).
В результате всех этих усилий к середине XX в. было достигнуто единое понимание жизни как многоуровнего, но единого целого, а биология стала пониматься как наука о живых системах на всех уровнях их сложности - от молекул до биосферы в целом.
Однако все попытки продвинуться в этом направлении наталкиваются на непримиримые разногласия среди современных биологов как раз по вопросу о дальнейших генеральных линиях и путях формирования теоретической биологии. Так, одни авторы видят будущее теоретической биологии преимущественно (или даже исключительно) в развитии комплекса наук, изучающих молекулярные, физико-химические основы жизни, и именно физике отводят роль теоретической основы всей классической (описательной) биологии. На другом полюсе находятся исследователи, которые связывают надежду на создание теоретической биологии с дальнейшей разработкой идеи системной организованности живой природы. Однако подавляющее большинство биологов продолжает считать эволюционный подход и эволюционную теорию (т.е. теорию естественного отбора в ее современной интерпретации) наиболее общей теоретической концепцией биологии. Обсуждение этого комплекса вопросов в наши дни инициировало постановку большого числа философских и методологических проблем. На смену многовековой дилемме «механицизм или витализм» пришла оппозиция «молекулярная биология или органицизм», имеющая самые разные формы своего выражения: редукционизм или холизм, редукционизм или композиционизм и др. К числу наиболее остро и продуктивно дискутируемых в последние десятилетия XX в. философских и методологических вопросов на материале современной биологии можно отнести проблему редукции, проблему телеологии, проблему структуры эволюционной теории и существования специфических «законов эволюции», проблему соотношения биологического и социального в происхождении и эволюции человека и вообще проблему существования биологических корней морали, религии и других фундаментальных реалий ценностно-духовного мира. На некоторых из этих проблем мы остановимся ниже.
Роль биологии в современной действительности переоценить трудно, ведь она подробно изучает во всех ее про-явлениях. В настоящее время эта наука объединяет такие важные понятия, как эволюция, генетика, гомеостаз и энергия. В ее функции входит исследование развития всего живого, а именно: строение организмов, их поведение, а также -отношения между собой и взаимосвязь с окружающей средой.
Значение биологии в жизни человека становится понятным, если провести параллель между основными проблемами жизнедеятельности индивида, например, здоровьем, питанием, а также выбором оптимальных условий существования. На сегодняшний день известны многочисленные науки, которые отделились от биологии, став не менее важными и самостоятельными. К таким можно отнести зоологию, ботанику, микробиологию, а также вирусологию. Из них трудно выделить наиболее значимые, все они представляют собой комплекс ценнейших фундаментальных знаний, накопленных цивилизацией.
В этой области знаний работали выдающиеся ученые, такие, как Клавдий Гален, Гиппократ, Карл Линней, Чарльз Дарвин, Александр Опарин, Илья Мечников и многие другие. Благодаря их открытиям, особенно изучению живых организмов, появилась наука морфология, а также физиология, которая собрала в себе знания о системах организмов живых существ. Неоценимую роль в развитии наследственных заболеваний сыграла генетика.
Биология стала прочным фундаментом в медицине, социологии и экологии. Важно, что эта наука, как и любая другая, не статична, а постоянно пополняется новыми знаниями, которые трансформируются в виде новых биологических теорий и законов.
Роль биологии в современном обществе, а особенно в медицине, бесценна. Именно с ее помощью были найдены способы лечения бактериологических и быстро распространяющихся вирусных заболеваний. Каждый раз, когда мы задумываемся над вопросом о том, какова роль биологии в современном обществе, вспоминаем, что именно благодаря героизму медиков-биологов исчезли с планеты Земля очаги страшных эпидемий: чумы, холеры, сибирской язвы, оспы и других не менее опасных для жизни человека заболеваний.
Можно смело утверждать, опираясь на факты, что роль биологии в современном обществе растет непрерывно. Невозможно себе представить современную жизнь без селекции, генетических исследований, производства новых продуктов питания, а также экологичных источ-ников энергии.
Основное значение биологии состоит в том, что она представляет собой фундамент и теоретическую базу для многих перспективных наук, например, таких, как, генетическая инженерия и бионика. Ей принадлежит великое открытие - расшифровка Такое направление, как биотехнология, было также создано на основе знаний, объединенных в биологии. В настоящее время именно такого характера технологии позволяют создавать безопасные лекарства для профилактики и лечения, которое не наносит вреда организму. В результате удается увеличить не только продолжительность жизни, но и ее качество.
Роль биологии в современном обществе заключается и в том, что есть такие сферы, где ее знания просто необходимы, например, фармацевтическая промышленность, геронтология, криминалистика, сельское хозяйство, строительство, а также освоение космоса.
Нестабильная экологическая обстановка на Земле требует переосмысления производственной деятельности, а значение биологии в жизни человека переходит на новую ступень. С каждым годом мы становимся свидетелями широкомасштабных катастроф, которые поражают как беднейшие государства, так и высокоразвитые. Во многом они вызваны ростом неразумным использованием источников энергии, а также существующими экономическими и социальными противоречиями в современном обществе.
Настоящее нам четко указывает, что само дальнейшее существование цивилизации возможно только при наличии гармонии в Только соблюдение биологических закономерностей, а также повсеместное использование прогрессивных биотехнологий на основе экологического мышления позволит обеспечить естественное безопасное сосуществование всем без исключения жителям планеты.
Роль биологии в современном обществе выражается в том, что она в настоящее время трансформировалась в реальную силу. Благодаря ее знаниям возможно процветание нашей планеты. Именно поэтому на вопрос о том, какова роль биологии в современном обществе, ответ может быть таким - это заветный ключ к гармонии между природой и человеком.
Лекция № 1 Современный этап развития биологии
1 Введение. История развития биологии
Биология – это наука о жизни. Ее название возникло из сочетания двух греческих слов bios – жизнь и logos – учение. Этот термин впервые был предложен выдающимся французским естествоиспытателем и эволюционистом Жаном Батистом Ламарком (1802 г.) для обозначения науки о жизни как особом явлении природы.
Биология изучает строение, проявления жизнедеятельности, среду обитания всех живых организмов: бактерий, грибов, растений, животных.
Живое на Земле представлено необычайным разнообразием форм, множеством видов живых существ. В настоящее время уже известно около 500 тыс. видов растений, более 1,5 млн видов животных, большим количеством видов грибов и прокариот, населяющих нашу планету.
К основным задачам биологии относятся следующие:
1 Раскрытие общих свойств живых организмов;
2 Объяснение причин их многообразия;
3 Выявление связей между строением и условиями окружающей среды.
Важное место в этой науке занимают вопросы возникновения и законы развития жизни на Земле – эволюционное учение. Понимание этих вопросов служит не только основой научного мировоззрения, но и необходимо для решения практических задач.
Биология зародилась еще у древних греков и римлян, которые описали известные им растения и животные.
Аристотель (384 – 322 г.г. до н.э.) – основоположник многих наук - впервые попытался упорядочить знания о природе, разграничив ее на «ступени»: неорганический мир, растение, животное, человек. В труде древнеримского врача Галена (131-200 г.г. н.э.) «О частях человеческого тела» дано первое анатомо-физиологическое описание человека.
В средние века составлялись «травники», включавшие описания лекарственных растений.
В эпоху Возрождения интерес к живой природе усилился. Возникли ботаника и зоология.
Изобретение микроскопа в начале 17 века Галилеем (1564-1642) углубило представление о строении живых существ и положило начало изучению клеток и тканей.
А. Левенгук (1632-1723) увидел под микроскопом простейшие, бактерии и сперматозоиды, т.е. явился основоположником микробиологии.
Одним из главных достижений 18 века является создание Карлом Линнеем (1735 г.) системы классификации животных и растений. А в начале 19 века Ж.-Б. Ламарком в книге «Философия зоологии» (1809 г.) впервые была четко сформулирована мысль об эволюции органического мира.
Среди важнейших достижений 19 века – создание клеточной теории М. Шлейденом и Т. Шванном (1838-1839 г.г.), открытие закономерностей наследственности Менделем в 1859 г.
Переворот в биологии произвело учение Ч. Дарвина в 1859 г., который открыл движущие силы эволюции.
Начало 20 века ознаменовалось рождением генетики. Эта наука возникла в результате переоткрытия К. Корренсом, Э. Чермаком и Г. де Фризом законов наследственности, которые ранее были обнаружены Г. Менделем, но остались неизвестными биологам того времени, а также благодаря работа Т. Моргана, обосновавшего хромосомную теорию наследственности.
В 50-е годы значительных успехов достигли исследования тонкой структуры материи. В 1953 г. Д. Уотсон и Ф. Крик предложили модель структуры ДНК в виде двойной спирали и доказали, что она несет в себе наследственную информацию.
Для современной биологии наряду с детальным изучением отдельных структур и организмов характерна тенденция к целостному познанию живой природы, о чем свидетельствует развитие экологии.
Развитие биологии шло по пути последовательного упрощения предмета исследования. В результате возникли многочисленные биологические дисциплины, специализирующиеся на изучении структурно-функциональных особенностей определенных организмов. Этот путь познания – от сложного к простому – называют редукционистским . Редукционизм сводит познание к изучению элементарнейших форм существования материи. Это относится и к живой, и к неживой природе. При таком подходе человек познает законы природы, изучая вместо единого целого, отдельные его части.
Другой подход основан на виталистических принципах. В этом случае жизнь рассматривается как совершенно особое и уникальное явление, которое нельзя объяснить только действием законов физики или химии.
Поэтому основной задачей биологии как науки является истолкование всех явлений живой природы, исходя из научных законов и не забывая при этом, что целому организму присущи свойства, в корне отличающиеся от свойств частей, их составляющих. Например, нейрофизиолог может описать работу отдельного нейрона языком физики и химии, но сам феномен сознания так описать нельзя. Сознание возникает в результате коллективной работы и одновременного изменения электрохимического состояния миллионов нервных клеток, но мы до сих пор не знаем, как возникает мысль и каковы ее химические основы.
В настоящее время значение биологии возрастает с каждым годом. Возникло много биологических дисциплин и число их постоянно увеличивается. Связано это с тем, что биологию подразделяют на отдельные науки по предмету изучения: микробиология , ботаника, зоология ; выделились и развились области биологии, изучающие общие свойства живых организмов: генетика – закономерности наследования признаков; биохимия – пути превращения органических молекул; экология – взаимоотношения организмов с окружающей средой. Функции живых организмов изучает физиология.
В соответствии с уровнем организации живой материи выделились дисциплины:
молекулярная биология, цитология – учение о клетке, гистология – учение о тканях.
По мере расширения области знаний о живых организмах, появляются все новые биологические отрасли науки.
Вирусология Цитология Молекулярная
биология
Бактериология Микробиология Гистология
Микология Физиология
Фитопатология Ботаника БИОЛОГИЯ Анатомия
Орнитология
Биохимия Энзимология
Ветеринария Зоология Генетика Генная
Энтомология Экология инженерия
Эмбриология
2 Использование достижений биологических наук в деятельности человека
Биология имеет огромное значение в решении практических задач. Основные задачи ООН – продовольственная, здравоохранение, топливно-энергетическая, охрана окружающей среды.
Глобальной проблемой современности является производство пищи. Население нашей планеты приближается к 10 млрд человек. Поэтому проблема обеспечения населения продуктами питания, причем питания полноценного, становится все более острой.
В основном эти задачи решают технологические науки: растениеводство и животноводство, которые базируются на достижениях фундаментальных биологических дисциплин, таких как генетика и селекция, физиология и биохимия, молекулярная биология и экология.
На основе методов селекции, развитых и обогащенных современной генетикой, во всем мире идет интенсивный процесс создания более продуктивных сортов растений и пород животных. Важное качество новых сортов с/х культур – их приспособленность к выращиванию в условиях интенсивных технологий. С/х животные, наряду с высокой продуктивностью, должны обладать специфическими морфолого-анатомическими и физиологическими признаками, позволяющими разводить их на птицефабриках, фермах с электродойкой и стойловым содержанием, в клетках звероферм.
С каждым годом увеличивается дефицит белковой пищи, особенно белков животного происхождения, этот дефицит достигает 2,5 млрд т в год. Уже сейчас по данным ВОЗ 4% населения Земли находятся на грани голодной смерти, а хронически не доедают 10 % населения планеты.
Существуют 2 источника пищи – животная и растительная. Гораздо быстрее и легче производить растительную пищу, чем животную. Поэтому изыскиваются возможности получения пищевого белка неживотного происхождения, в первую очередь из растений – из зеленых частей, а также из семян.
Лидирующее место по извлечению белков занимает соя, это основная масличная культура в США и Японии. Кроме растительного масла, соя содержит очень много биологически полноценного белка (около 44%), который используется в пищу после извлечения из семян масла.
Белковые продукты из сои широкое распространение в западных странах получили только в последние 20-30 лет, в то время как в Китае и Японии они используются в пищу уже более 2-х тысячелетий. В этих странах традиционными являются такие продукты как тофу – соевый творог, кори-тофу – замороженный соевый творог, соевое молоко, юба – пленки, снимаемые с соевого молока при кипячении, и др. продукты.
В 1987 г. в США было выпущено на потребительский рынок 330 новых продуктов на основе белков сои, причем растительные белки применяются в самых разнообразных продуктах: от сосисок до мороженого, сыров, йогуртов, салатных приправ.
Растительные белки очень широко используются в продуктах быстрого приготовления, не требующих сложной кулинарной или достаточно длительной термической обработки. Особенно это касается США, где все более используется пища, которую можно потреблять в любом месте и в любое время – это всевозможные готовые завтраки, обеденные блюда, хлопья, палочки, подушечки и т. д. Причем используются такие блюда не только ради экономии времени, но и по соображениям «здорового питания».
Растительные белки широко используются и в приготовлении аналогов молока и молочных продуктов. В практике пищевой промышленности известно производство восстановленного молока из порошка, полученного из обезжиренной соевой муки. Имеется также целый ряд прохладительных белоксодержащих питательных напитков. Например, во Франции, Швеции, Венгрии имеются полностью автоматизированные установки по производству жидкой соевой продукции, соевых напитков или десертных блюд с натуральным ванильным или шоколадным ароматом. Эти продукты по составу соответствуют сбалансированному питанию, но в них отсутствуют лактоза и холестерин, что определяет целевое назначение для лиц, страдающих желудочно-кишечными и сердечно-сосудистыми заболеваниями.
Растительные белки широко применяются также как обогатители пшеничной муки при производстве хлеба и хлебобулочных изделий. Их применение способствует улучшению свойств теста при замесе, удлиняет срок сохранения в свежем виде.
Применяются белки и в кондитерской промышленности. Кроме традиционных добавок соевой муки, в приготовлении печенья, сухих завтраков, смесей для кексов, используются также белки из семян подсолнечника. Используются также и белки других растений – хлопчатника, люпина, фасоли, горчицы, арахиса, рапса, сурепицы. Эти белки обладают высокой биологической ценностью, кроме того, их выход из отходов масло-жировой промышленности достигает 62%.
Растительные белки применяются при изготовлении пищевых изделий как:
1 белковые обогатители;
2 заменители и аналоги мясных продуктов;
3 безаллергенные и безлактозные заменители коровьего молока для детского и диетического питания;
4 структурообразователи и наполнители, а также для образования, стабилизации и разрушения пены, например, при приготовлении имитации мясного фарша, мяса, при приготовлении теста, сосисок, взбитых изделий (украшения на кондитерских товарах), кремов и т.д.;
5 разбавители для регулирования калорийности и биологической ценности диетических пищевых изделий для создания низкокалорийных «легких» продуктов.
В последнее время кроме растительных белков предпринимаются попытки использования белков микробного происхождения, особенно много внимания исследователи уделяют дрожжам. Рост и развитие микроорганизмов не зависит от времени года, погодных условий. В качестве субстрата для размножения микроорганизмов можно использовать отходы сельского хозяйства, спиртовой, целлюлозно-бумажной промышленности, а также нефть и газ. По скорости размножения микроорганизмы не имеют себе равных в мире живых существ. Например, организм коровы весом 500 кг за сутки при усиленном полноценном питании образует 0,5 кг белка, а 500 кг дрожжей за это же время синтезируют более 50 т белка, т.е. в 100 тыс. раз больше.
Производство кормовых и пищевых белков, как растительных, так и микробных, основывается на реализации принципов биотехнологии в промышленных масштабах. На основе принципов биотехнологии широко налажен микробиологический синтез органических кислот, аминокислот, ферментов, витаминов, стимуляторов роста, средств защиты растений.
Для получения более продуктивных форм микроорганизмов используют методы генной инженерии, т.е. прямых манипуляций с индивидуальными генами. Например, зеленая плесень Penicillium glaucum вырабатывает антибиотик пенициллин в малых количествах, а используемая в промышленности плесень Penicillium notatum продуцирует этого антибиотика в 1000 раз больше и т.д.
С помощью пересадки генов биологи –селекционеры работают над созданием растений с контролируемыми сроками цветения, повышенной устойчивостью к заболеваниям, засолению почвы, со способностью к фиксации атмосферного азота (пример – томаты с одновременным созреванием плодов, что обеспечивает механическую уборку).
Теоретические достижения биологии, особенно генетики, широко применяются в медицине. Исследование наследственности человека позволяет разработать методы ранней диагностики, лечения и профилактики наследственных болезней, связанных с генами, а также хромосомными мутациями и аномалиями. Например, гемофилия, серповидно-клеточная анемия – серповидные эритроциты, наблюдается малокровие, изменение костей и др.; фенилкетонурия и т.д.
В условиях растущего воздействия человека на природу одной из коренных проблем является экологизация деятельности общества и сознания человека. Задача состоит не только в выявлении и устранении отрицательных эффектов воздействия человека на природу, например, местного загрязнения среды какими –то веществами, а главным образом в научном обосновании режимов рационального использования резервов биосферы. Негативные последствия хозяйственной деятельности приняли в последние десятилетия характер экологического кризиса, стали опасны не только для здоровья человека, но и для природной среды в целом. Поэтому еще одна из задач, стоящих перед биологией, это обеспечение сохранности биосферы и способности природы к воспроизводству.
Биология (греч. bios – жизнь, logos – слово, учение) – совокупность наук о жизни, о живой природе. Предмет биологии - строение живых организмов, их функции, происхождение, развитие, взаимоотношения со средой. Наряду с физикой, химией, астрономией, геологией и т.д. относится к естественным наукам .
Биология - одна из старейших естественных наук, хотя термин «биология » для ее обозначения впервые был предложен лишь в 1797 г. немецким профессором анатомии Теодором Рузом (1771-1803), после чего этот термин использовали в 1800 г. профессор Дерптского университета (ныне г. Тарту) К.Бурдах (1776-1847), а в 1802 г. Ж.-Б. Ламарк (1744-1829) и Л. Тревиранус (1779-1864).
"Отцом биологии" часто называют Аристотеля (384-322 до н.э.), которому принадлежит первая классификация животных.
Каковы особенности биологии как науки?
1.1 Биология тесно связана с философией . Это связано с тем, что из 3-х фундаментальных проблем естествознания 2 являются предметом биологических исследований.
1. Проблема происхождения Вселенной, космоса, природы вообще (ей занимается физика, астрономия).
2. Проблема происхождения жизни , т.е. живого из неживого.
3. Проблема происхождения разума и человека как его носителя.
Решение этих вопросов тесно связано с решением основного вопроса философии : что первично – материя или сознание? Поэтому значительное место в биологии занимают философские аспекты.
1.2. Связь биологии с социальными и этическими проблемами.
Социал-дарвинизм, например, переносит на человеческое общество понятие "естественный отбор", различия между классами объясняются биологическими факторами. Другие примеры: расизм, пересадка органов, проблема старения.
1.3. Многоотраслевый (мультидисциплинарный) характер современной биологии.
В результате дифференциации биологии по объекту изучения возникли частные биологические науки: ботаника, зоология, микробиология (бактериология, вирусология, микология и др.).
Другое подразделение биологических наук - по уровням организации и свойствам живой материи : генетика (наследственность), цитология (клеточный уровень), анатомия и физиология (строение и функционирование организмов), экология (взаимоотношения организмов с окружающей средой).
В результате интеграции с другими науками возникли: биохимия, биофизика, радиобиология, космическая биология и др.
Т.е. биология – комплекс наук, среди них общая биология занимается изучением наиболее общих закономерностей строения, жизнедеятельности, развития, происхождения живых организмов. Главный вопрос, на который пытается ответить общая биология, – что такое жизнь?
1.4. В настоящее время биология, оставаясь теоретической основой познания живого, стала непосредственно производительной силой , рождает новые технологии: биотехнологию, генную и клеточную инженерию и др.
Прямое влияние биологии на материальное производство основано на использовании биосинтезирующей способности микроорганизмов. Уже давно в промышленных условиях осуществляется микробиологический синтез многих органических кислот, которые широко используются в народном хозяйстве и медицине. В 40-50-е годы было создано промышленное производство антибиотиков, а в начале 60-х годов - производство аминокислот. Важное место в микробиологической промышленности сейчас занимает производство ферментов, витаминов, фармпрепаратов.
Исключительно важное значение биологические науки имеют для сельскохозяйственного производства. Например, теоретической основой селекции растений и животных является генетика.
В 1972 – 1973 гг. в недрах биологической науки возникла генетическая инженерия, которая помогает решать многие жизненные проблемы: производство пищи, поиск новых источников энергии, новых путей сохранения окружающей среды, очистки ее от различных загрязнений. Всё это – примеры произошедшей революции в производительных силах.
