Что изучает общая биология и ее поддисциплины? Современные концепции биологии. Предмет биологии, её структура и этапы развития Что изучает современная биология кратко

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский Государственный Институт Психологии и Социальной работы

Контрольная работа

По дисциплине: Концепции современного естествознания

Тема: Биология в современном естествознании

Выполнила: студентка 1 курса

Факультета прикладной психологии

Храбрых Карина Юмовна

Проверила:

к.ф.н., доцент каф. Психофизиологии и ВНД

Быданова. Н.Б.

Санкт-Петербург

Биология и её предмет. История биологии.

Традиционная или натуралистическая биология.

Современная биология и физико–химический метод.

Эволюционная биология. История эволюционного учения.

Биология и её предмет. История биологии

Биология (от греч. bios - жизнь, logos - наука) - наука о жизни, об общих закономерностях существования и развития живых существ. Предметом ее изучения являются живые организмы, их строение, функции, развитие, взаимоотношения со средой и происхождение. Подобно физике и химии она относится к естественным наукам, предметом изучения которых является природа.

Хотя концепция биологии как особой естественной науки возникла в XIX веке, биологические дисциплины зародились ранее в медицине и естественной истории. Обычно их традицию ведут от таких античных учёных как Аристотель и Гален через арабских медиков аль-Джахизаhttp://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3 - cite_note-3, ибн-Сину, ибн-Зухра и ибн-аль-Нафиза.

В эпоху Возрождения биологическая мысль в Европе была революционизирована благодаря изобретению книгопечатания и распространению печатных трудов, интересу к экспериментальным исследованиям и открытию множества новых видов животных и растений в эпоху Великих географических открытий. В это время работали выдающиеся умы Андрей Везалий и Уильям Гарвей, которые заложили основы современной анатомии и физиологии. Несколько позже Линней и Бюффон совершили огромную работу по классификации форм живых и ископаемых существ. Микроскопия открыла для наблюдения ранее неведомый мир микроорганизмов, заложив основу для развития клеточной теории. Развитие естествознания, отчасти благодаря появлению механистической философии, способствовало развитию естественной истории.

К началу XIX века некоторые современные биологические дисциплины, такие как ботаника и зоология, достигли профессионального уровня. Лавуазье и другие химики и физики начали сближение представлений о живой и неживой природе. Натуралисты, такие как Александр Гумбольдт исследовали взаимодействие организмов с окружающей средой и его зависимость от географии, закладывая основы биогеографии, экологии и этологии. В XIX веке развитие учения об эволюции постепенно привело к пониманию роли вымирания и изменчивости видов, а клеточная теория показала в новом свете основы строения живого вещества. В сочетании с данными эмбриологии и палеонтологии эти достижения позволили Чарльзу Дарвину создать целостную теорию эволюции путём естественного отбора. К концу XIX века идеи самозарождения окончательно уступили место теории инфекционного агента как возбудителя заболеваний. Но механизм наследования родительских признаков всё ещё оставался тайной.

В начале XX века Томас Морган и его ученики заново открыли законы, исследованные ещё в середине XIX века Грегором Менделем, после чего начала быстро развиваться генетика. К 1930-м годам сочетание популяционной генетики и теории естественного отбора породило современную эволюционную теорию или неодарвинизм. Благодаря развитию биохимии были открыты ферменты и началась грандиозная работа по описанию всех процессов метаболизма. Раскрытие структуры ДНК Уотсоном и Криком дало мощный толчок для развития молекулярной биологии. За ним последовало постулирование центральной догмы, расшифровка генетического кода, а к концу XX века - и полная расшифровка генетического кода человека и ещё нескольких организмов, наиболее важных для медицины и сельского хозяйства. Благодаря этому появились новые дисциплины геномика и протеомика. Хотя увеличение количества дисциплин и чрезвычайная сложность предмета биологии породили и продолжают порождать среди биологов всё более узкую специализацию, биология продолжает оставаться единой наукой, и данные каждой из биологических дисциплин, в особенности геномики, применимы во всех остальных.

Традиционная или натуралистическая биология

Ее объектом изучения является живая природа в ее естественном состоянии и нерасчлененной целостности - «Храм природы», как называл ее Эразма Дарвина. Истоки традиционной биологии восходят к средним векам, хотя вполне естественно здесь вспомнить и работы Аристотеля, который рассматривал вопросы биологии, биологического прогресса, пытался систематизировать живые организма («лестница Природы»). Оформление биологии в самостоятельную науку - натуралистическую биологию приходится на 18-19 века. Первый этап натуралистической биологии ознаменовался созданием классификаций животных и растений. К ним относятся известная классификация К. Линнея (1707 - 1778), являющаяся традиционной систематизацией растительного мира, а также классификация Ж.-Б. Ламарка, применившего эволюционный подход к классифицированию растений и животных. Традиционная биология не утратила своего значения и в настоящее время. В качестве доказательства приводят положение экологии среди биологических наук а также во всем естествознании. Ее позиции и авторитет в настоящее время чрезвычайно высоки, а она в первую очередь основывается на принципах традиционной биологии, поскольку исследует взаимоотношения организмов между собой (биотические факторы) и со средой обитания (абиотические факторы).

Современная биология и физико-химические методы

На протяжении всей истории развития биологии физические и химические методы были важнейшим инструментом исследования биологических явлений и процессов живой природы. Важность внедрения таких методов в биологию подтверждают экспериментальные результаты, полученные с помощью современных методов исследования, зародившихся в. смежных отраслях естествознания - физике и химии. В этой связи неслучайно в 1970-х годах в отечественном научном лексиконе появился новый термин "физико-химическая биология". Появление этого термина свидетельствует не только о синтезе физических, химических и биологических знаний, но и о качественно новом уровне развития естествознания, в котором происходит непременно взаимное обеспечение отдельных его отраслей. Физико-химическая биология содействует сближению биологии с точными науками - физикой и химией, а также становлению естествознания как единой науки о природе.

В то же время изучение структуры, функций и репродукции фундаментальных молекулярных структур живой материи не лишает биологию ее индивидуальности и особого положения в естествознании, так как молекулярные структуры наделены биологическими функциями и обладают вполне определенной спецификой.

Внедрение физических и химических методов способствовало развитию экспериментальной биологии, у истоков которой стояли крупные ученые: К. Бернар (1813- 1878), Г. Гельмгольц (1821- 1894), Л. Пастер (1822- 1895), И.М. Сеченов (1829- 1905), И.П. Павлов (1849-1936), С.Н. Виноградский (1856- 1953), К.А. Тимирязев (1843- 1920), И.И. Мечников (1845- 1916) и многие другие.

Экспериментальная биология постигает сущность процессов жизнедеятельности преимущественно с применением точных физических и химических методов, при этом иногда прибегая к расчленению биологической целостности, т. е. живого организма с целью проникновения в тайны его функционирования.

Современная экспериментальная биология вооружилась новейшими методами, позволяющими проникнуть в субмикроскопический, молекулярный и надмолекулярный мир живой природы. Можно назвать несколько широко применяемых методов: метод изотопных индикаторов, методы рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии, методы фракционирования, методы прижизненного анализа и др. Дадим их краткую характеристику.

Метод изотопных индикаторов, ранее называемый методом меченых атомов, был предложен вскоре после открытия радиоактивности. Сущность его заключается в том, что с помощью радиоактивных (меченых) атомов, введенных в организм, прослеживаются передвижение и превращение веществ в организме.

С помощью данного метода удалось установить динамичность процессов обмена веществ, проследить за их начальной, промежуточной и конечной стадиями, выявить влияние отдельных структур организма на протекание процессов. Метод изотопных индикаторов позволяет исследовать процессы обмена в живом организме. Это одно из его достоинств. Постоянное обновление белков и мембран, биосинтез белков и нуклеиновых кислот, промежуточный обмен углеводов и жиров, а также многие другие важные микропроцессы были открыты с помощью данного метода.

Рентгеноструктурынй анализ оказался весьма эффективным при исследовании структур макромолекул, лежащих в основе жизнедеятельности живых организмов. Он позволил установить двухцепочечное строение (двойную спираль) молекул - носителей информации и нитевидную структуру белков. С появлением рентгеноструктурных исследований родилась молекулярная биология.

Возможности молекулярной биологии гораздо расширились с применением электронно-микроскопических исследований, позволивших установить многослойное строение оболочки нервных волокон состоящих из чередующихся белковых и липидных слоев. Электронно-микроскопические наблюдения дали возможность расшифровать молекулярную организацию живой клетки и механизм функционирования мембран, на основании которых в начале 50-х годов была создана современная мембранная теория; родоначальники ее - английские физиологи А. Ходжкин (1914- 1994), А. Хаксли (р. 1917) а также австралийский физиолог Дж. Эклс.

Мембранная теория имеет важное общебиологическое значение. Сущность ее заключается в следующем. По обе стороны мембраны за счет встречного потока ионов калия и натрия создается разность потенциалов. Данный процесс сопровождается возбуждением и деполяризацией ранее находящейся в покое поляризованной мембраны и заменой знака ее электрического потенциала. Изменение разности потенциалов едино для всех мембранных систем. Оно обеспечивает одновременно функции барьеров и своеобразных насосных механизмов. Такие функции мембранных систем способствуют активному проникновению веществ как внутрь, так и за пределы клетки. За счет мембран достигается и пространственная изоляция структурных элементов организма.

Раскрытие структуры мембранных систем и механизма их функционирования - крупное достижение не только в биологии, но и в естествознании в целом.

В физико-химической биологии широко применяются различные методы фракционирования, основанные на том или ином физическом либо химическом явлении. Довольно эффективный метод фракционирования предложил русский биолог и биохимик М.С. Цвет (1872-1919). Сущность его метода заключается в разделении смеси веществ, основанном на поглощении поверхностью твердых тел компонентов разделенной смеси, на ионном обмене и на образовании осадков.

Радиоспектроскопия, скоростной рентгеноструктурный анализ, ультразвуковое зондирование и многие другие современные средства исследования составляют арсенал методов прижизненного анализа. Все эти методы не только широко применяются в физико-химической биологии, но и взяты на вооружение современной медициной. Сейчас ни одно клиническое учреждение не обходится без рентгеноскопической, ультразвуковой и другой аппаратуры, позволяющей без ущерба для пациента определить структурные, а иногда функциональные изменения в организме.

Техника эксперимента современной физико-химической биологии обязательно включает те или иные вычислительные средства, которые в значительной степени облегчают трудоемкую работу экспериментатора и позволяют получить более достоверную информацию о свойствах исследуемого живого объекта.

Характерная особенность современной физико-химической биологии - ее стремительное развитие. Трудно перечислить все ее достижения, но некоторые из них заслуживают особого внимания. В 1957 г. был реконструирован вирус табачной мозаики из составляющих его компонентов. В 1968- 1971 гг. произведен искусственный синтез гена для одной из транспортных молекул путем последовательного введения в пробирку с синтезируемым геном новых нуклеотидов. Весьма важными оказались результаты исследований по расшифровке генетического кода: было показано, что при введении искусственно синтезированных молекул в бесклеточную систему, т. е. систему без живой клетки, обнаруживаются информационные участки, состоящие из трех последовательных нуклеотидов, являющихся дискретными единицами генетического кода. Авторы этой работы - американские биохимики М. Ниренберг (р. 1927), X. Корана (р. 1922) и Р. Холли (р.1922).

Расшифровка различных видов саморегуляции - также важное достижение физико-химической биологии. Саморегуляция как характерное свойство живой природы проявляется в разных формах, таких, как передача наследственной информации - генетического кода; регуляция биосинтетических процессов белка (ферментов) в зависимости от характера субстрата и под контролем генетического механизма; регуляция скоростей и направлений ферментных процессов; регуляция роста и морфогенеза, т.е. образования структур разного уровня организации; регуляция анализирующей и управляющей функций нервной системы.

Живые организмы - весьма сложный объект для исследований. Но все же современные технические средства позволяют все глубже и глубже проникнуть в тайны живой материи.

Эволюционная биология. История эволюционного учения

Эволюционная биология - раздел биологии, изучающий происхождение видов от общих предков, наследственность и изменчивость их признаков, размножение и разнообразие форм в историческом контексте.

Эволюционное учение (биол.) - комплекс знаний об историческом развитии (эволюции) живой природы. Эволюционное учение занимается анализом становления адаптации (приспособлений), эволюции индивидуального развития организмов, факторов, направляющих эволюцию, и конкретных путей исторического развития отдельных групп организмов и органического мира в целом. Основу эволюционного учения составляет эволюционная теория. К эволюционному учению относятся также концепции происхождения жизни и происхождения человека.

Первые представления о развитии жизни, содержащиеся в трудах Эмпедокла, Демокрита, Лукреция Кара и других античных философов, носили характер гениальных догадок и не были обоснованы биологическими фактами. В XVIII веке в биологии сформировался Трансформизм - учение об изменяемости видов животных и растений, противопоставлявшееся Креационизму, основанному на концепции божественного творения и неизменности видов. Виднейшие трансформисты второй половины XVIII и первой половины XIX вв.- Ж. Бюффон и Э. Ж. Сент-Илер во Франции, Э. Дарвин в Англии, И. В. Гёте в Германии, К. Ф. Рулье в России - обосновывали изменяемость видов главным образом двумя фактами: наличием переходных форм между близкими видами и единством плана строения организмов больших групп животных и растений. Однако они не рассматривали причин и факторов изменения видов.

Первая попытка создания целостной эволюционной теории принадлежит французскому естествоиспытателю Ж. Б. Ламарку, изложившему в своей «Философии зоологии» (1809) представления о движущих силах эволюции. Согласно Ламарку, переход от низших форм жизни к высшим - Градация - происходит в результате имманентного и всеобщего стремления организмов к совершенству. Разнообразие видов на каждом уровне организации Ламарк объяснял модифицирующим градацию воздействием условий среды. Согласно первому «закону» Ламарка, упражнение органов приводит к их прогрессивному развитию, а неупражнение - к редукции; согласно второму «закону», результаты упражнения и неупражнения органов при достаточной продолжительности воздействия закрепляются в наследственности организмов и далее передаются из поколения в поколение уже вне зависимости от вызвавших их воздействий среды. «Законы» Ламарка основаны на ошибочном представлении о том, что природе свойственны стремление к совершенствованию и наследование организмами благоприобретенных свойств.

Истинные факторы эволюции вскрыл Ч. Дарвин, тем самым создав научно обоснованную эволюционную теорию (изложена в книге «Происхождение видов путём естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь», 1859). Движущими силами эволюции, по Дарвину являются: неопределённая изменчивость - наследственно обусловленное разнообразие организмов каждой популяции любого вида, борьба за существование, в ходе которой гибнут или устраняются от размножения менее приспособленные организмы, и естественный отбор - переживание более приспособленных особей, в результате которого накапливаются и суммируются полезные наследственные изменения и возникают новые адаптации. Ламаркизм и дарвинизм в трактовке эволюции диаметрально противоположны: ламаркизм эволюцию объясняет адаптацией, а дарвинизм адаптацию - эволюцией. Кроме ламаркизма, существует ещё ряд концепций, отрицающих значение отбора, как движущей силы эволюции. Развитие биологии подтвердило правильность дарвиновской теории. Поэтому в современной биологии термины «дарвинизм» и «эволюционное учение» часто употребляются как синонимы. Близок по смыслу и термин «синтетическая теория эволюции», который подчёркивает сочетание основных положений теории Дарвина, генетики и ряда эволюционных обобщений других областей биологии.

Развитие генетики позволило понять механизм возникновения неопределённой наследственной изменчивости, предоставляющей материал эволюции. В основе этого явления лежат стойкие изменения наследственных структур - Мутации. Мутационная изменчивость не направлена: вновь возникающие мутации не адекватны условиям окружающей среды и, как правило, нарушают уже существующие адаптации. Для организмов, не имеющих оформленного ядра, мутационная изменчивость служит основным материалом эволюции. Для организмов, клетки которых имеют оформленное ядро, большое значение имеет комбинативная изменчивость - комбинирование генов в процессе полового размножения. Элементарной единицей эволюции является Популяция. Относительная обособленность популяций приводит к их репродуктивной изоляции - ограничению свободы скрещивания особей разных популяций. Репродуктивная изоляция обеспечивает уникальность Генофонда - генетического состава каждой популяции - и тем самым возможность её самостоятельной эволюции. В процессе борьбы за существование проявляется биологическая разнокачественность составляющих популяцию особей, определяемая комбинативной и мутационной изменчивостью. При этом часть особей гибнет, а другие выживают и размножаются. В результате естественного отбора вновь возникающие мутации комбинируются с генами уже прошедших отбор особей, их фенотипическое выражение меняется, и на их основе возникают новые адаптации. Таким образом, именно отбор является главным движущим фактором эволюции, обусловливающим возникновение новых адаптаций, преобразование организмов и видообразование. Отбор может проявляться в разных формах: стабилизирующий, обеспечивающий сохранение в неизменных условиях среды уже сформировавшихся адаптации, движущий, или ведущий, приводящий к выработке новых адаптаций, и дизруптивный, или разрывающий, обусловливающий возникновение Полиморфизма при разнонаправленных изменениях среды обитания популяции.

В современном эвалюционном учении представление о факторах эволюции обогатилось выделением популяции как элементарной единицы эволюции, теорией изоляции и углублением теории естественного отбора. Анализ изоляции, как фактора, обеспечивающего увеличение разнообразия жизненных форм, лежит в основе современных представлений о видообразовании и структуре вида. Наиболее полно изучено аллопатрическое видообразование, связанное с расселением вида и географических изоляцией окраинных популяций. Менее изучено симпатрическое видообразование, обусловленное экологической, хронологической или этологической (поведенческой) изоляцией. Эволюционные процессы, протекающие внутри вида и завершающиеся видообразованием, часто объединяют под общим названием микроэволюции. Макроэволюцией называется историческое развитие групп организмов (таксонов) надвидового ранга. Эволюция надвидовых таксонов является результатом видообразования, происходящего под действием естественного отбора. Однако использование разных масштабов времени (эволюция больших таксонов складывается из многих этапов видообразования) и методов изучения (использование данных палеонтологии, сравнит. морфологии, эмбриологии и др.) позволяет выявить закономерности, ускользающие при изучении микроэволюции. Важнейшими задачами концепции макроэволюции являются анализ соотношения индивидуального и исторического развития организмов, анализ закономерностей филогенеза и главных направлений эволюционного процесса. В 1866 немецкий естествоиспытатель Э. Геккель сформулировал Биогенетический закон, согласно которому в онтогенезе кратко повторяются этапы филогенеза данной систематической группы. Мутации проявляются в фенотипе взрослого организма в результате того, что они изменяют процессы его онтогенеза. Поэтому естественный отбор взрослых особей приводит к эволюции процессов онтогенеза - взаимозависимостей развивающихся органов, названных И. И. Шмальгаузеном онтогенетическими корреляциями. Перестройка системы онтогенетических корреляций под действием движущего отбора приводит к возникновению изменений - Филэмбриогенезов, посредством которых в ходе филогенеза формируются новые признаки организмов. В том случае, если изменение происходит на конечной стадии развития органа, осуществляется дальнейшая эволюция органов предков; бывают также отклонения онтогенеза на промежуточных стадиях, что приводит к перестройке органов; изменение закладки и развития ранних зачатков может приводить к возникновению органов, отсутствовавших у предков. Однако эволюция онтогенетических корреляций под действием стабилизирующего отбора приводит к сохранению лишь тех корреляций, которые наиболее надёжно обеспечивают процессы онтогенеза. Эти корреляции и являются рекапитуляциями - повторениями в онтогенезе потомков филогенетических состояний предков; благодаря им обеспечивается биогенетический закон. Направление филогенеза каждой систематической группы определяется конкретным соотношением среды, в которой протекает эволюция данного таксона, и его организации. Дивергенция (расхождение признаков) двух или нескольких таксонов, возникающих от общего предка, обусловлена различиями в условиях среды; она начинается на популяционном уровне, обусловливает увеличение числа видов и продолжается на уровне надвидовых таксонов. Именно дивергентной эволюцией (обусловлено таксономическое разнообразие живых существ. Реже встречается параллельная эволюция. Она возникает в тех случаях, когда первично дивергировавшие таксоны остаются в сходных условиях среды и вырабатывают на основе сходной, унаследованной от общего предка, организации сходные приспособления. Конвергенция (схождение признаков) происходит в тех случаях, когда неродственные таксоны приспосабливаются к одинаковым условиям. Биологический прогресс может достигаться путём общего повышения уровня организации, обусловливающего адаптацию организмов к условиям среды, более широким и разнообразным, чем те, в которых обитали их предки. Такие изменения - Ароморфозы - возникают редко и обязательно сменяются Алломорфозами - дивергенцией и приспособлением к более частным условиям в процессе освоения новой среды обитания. Выработка узких адаптаций в филогенезе группы приводит к специализации. Выделенные Шмальгаузеном 4 основных типа специализации - Теломорфоз, Гипоморфоз, Гиперморфоз и Катаморфоз - различаются по характеру приспособлений, но все приводят к замедлению темпов эволюции и в силу утраты органами специализированных животных мультифункциональности - к снижению эволюционной пластичности. При сохранении стабильных условий среды специализированные виды могут существовать неограниченно долго. Так возникают «живые ископаемые», например многие роды моллюсков и плеченогих, существующие с кембрия до наших дней. При резких изменениях условий жизни специализированные виды вымирают, тогда как более пластичные успевают адаптироваться к этим изменениям.

Эволюционное учение и главным образом его теоретическое ядро - эволюционная теория - служат как важным естественнонаучным обоснованием диалектического материализма, так и одной из методологических основ современной биологии.

Список литературы:

1. Биология. Большой энциклопедический словарь / Гл.ред. М.С. Гиляров. 3-е изд. 1998 г.

2. Большая советская энциклопедия 1970 г.

3. Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. М., 1996

4. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2003.

Биология – это наука о живом, его строении, формах активности, природных сообществ живых организмов, их распространение и развитие, связях друг с другом и связах с неживой природой.

i) По объектам исследования биологическая наука делится на: вирусологию, бактериологию, ботаника, зоология, антропология.

II) По свойствам проявления живого: морфология (наука о строении живых организмов), физиология (функционирование живых организмов), молекулярная биология (структурах живых тканей), генетика (исследует законы изменчивости и наследственности).

III) По структурным уровням организации систем живой природы: цитология (изучает клетки), гистология (строение ткани), анатомия (макроскопическое строение живых организмов).

Выделяют 3 основных этапа в развитии биологии:

1) Этап систематики. Связан с именем Карла Линнея.

2) Эволюционный этап. Связан с именем Чарльза Дарвина.

3) Биология микромира. Связан с работа Грегора Менделя.

Современная биология развивается в 3 основных направлениях:

1) В рамках натуралистической биологии.

2) В рамках эволюционной биологии.

3) В рамках Физико-химическая.

Традиционная (натуралистическая) биология. Биологическая систематика Карла Линнея.

Объект изучения – природа в её естественном состоянии. Основные метод – наблюдение и классификация.

Задача: классификация наблюдаемых явлений. Вершины искусственной классификации, стала система Карла-Линнея. Прежде всего, согласно этой классификации, все растительные организмы делятся на группы. Группы он навал – таксоны. С именем этого ученого связана бинарная система классификации рода и вида. Его вторая заслуга – он указал, что между таксонами существует принцип иерархичной соподчиненности: Таксоны делятся на классы, отряды, род, вид, разновидность.

В наши дни, традиционная биология не утратила своего значения по следующим основаниям:

1) Описано всего лишь только 2/3 животного и растительного вида. То есть не все виды описаны и классифицированы в рамках современной биологии.

2) Наличие экологических проблем.

Физико-химическая биология. Прежде всего, с одной стороны, название обусловлено тем, что изучает объекты живой природы на физико-химическом уровне организации. Обусловлено применение физико-химических методов для исследования живых систем:

1) Метод меченых атомов. Его используют при наблюдении за перемещением и превращением веществ внутри живых организмов. Благодаря этому методу, по сути, все обменные процессы живых организмов были изучены.

2) Метод рентгено-структурного анализа и электронной микроскопии. Этот метод позволяет исследовать крупные молекулярные компоненты и микроскопические структуры живых организмов.

3) Хроматографические методы. Используют при биохимических исследований.

4) Спектральные методы. И методы зондирования в ткани. Например, ЯМР томография, УЗИ томографы, оптические зонды.

5) Компьютеризированная. Привели к созданию томографов, которые позволяют провести послойный анализ ткани.

Эволюционная биология. Теория Ч. Дарвина. Развитие живых систем (изменение во времени). Развитие во времени, неотъемлемое свойство живой природы.

Основные положения были сформулированы в рамках теории Дарвина 1859 год. В этой работе он сформулировал движущие силы эволюции:

1) Наследственность.

2) Изменчивость.

3) Естественный отбор.

Основной вывод: весь ход эволюции видов ведет к тому, что генетические и иные признаки, обеспечивающие выживание вида, от поколения к поколению все чаще. Современная эволюционная теория базируется на синтетической теории эволюции.

Современная теория эволюции базируется на:

1) На эволюционные теории Дарвина.

2) На выводах современной генетики.

В рамках синтетической теории эволюции (СТЭ) существенные изменения претерпели понятия изменчивости и естественного отбора. В настоящее время выделяют 3 типа изменчивости:

1) Наследственная изменчивость. Является аналогом неопределенной изменчивости Ч. Дарвин, которая обусловлена возникновением новых генотипов.

2) Ненаследственная изменчивость. Отражает изменение фенотипа, а не генотипа. Их еще называют фенотипическими изменениями. У Дарвина, такой тип изменчивости назывался – определенная изменчивость.

3) Онтогенетическая изменчивость. Отражает изменения в ходе индивидуального развития организма.

Сущность живого, его основные признаки.

Жизнь – это форма существования сложных открытых систем., способных к самоорганизации и к самовоспроизведению. Одна из форм движения материи.

Свойства живых организмов:

1) Наличие сложной упорядоченной структуры.

2) Способность к изменению и усложнению.

3) Способность к самовоспроизведению на основе генетического кода.

4) Высокая приспособляемость к внешней среде.

5) Получение энергии извне для поддержания собственного упорядочения.

6) Активная реакция на окружающую среду

7) Способность сохранять и передавать информацию.

8) Молекулярная хиральность (диссимметрия).

Киплинг: «Я определяю жизнь как некую закодированную информацию, сохраняемую естественным отбором».

Структурные уровни организации живого:

1) Молекулярно-генетический уровень.

2) Клеточный уровень.

3) Организменный (органо-тканевый уровень).

4) Популяционно-биоценотический.

5) Биосферный.

Молекулярно-генетический уровень организации живой природы. 3 основные проблемы, которые решает биология на этом уровне организации материи:

1) Проблема происхождения жизни. Охватывает 5 основных парадигмальных концепций происхождения жизни. 1) Концепция креационизма. Объясняется божественным началом. Согласно Библии, сначала были созданы растения и животные из воды, а затем в соответствии со своим замыслом, Бог создает звери и их земные породы. Суть – создается сразу. 2) Концепция панспермий. Основывается на том, что жизнь на землю привнесена извне с других планет. Слабым местом данной концепции является, что любые формы жизни под действием жесткого ультрафиолетового погибают, а на земле защищает озоновый слой, а за пределами нет. Это и есть слабое место этой теории. 3) Концепция самопроизвольного зарождения жизни. Считается, что жизнь многократна, может возникать из неживого вещества. Данная концепция существовала в Древнем Египте, Китае, Греции, Индии. Данной концепции придерживались Фалес, Демокрит, Аристотель, Ламарк, Гегель, Галилей, Декарт. На этой концепции поговорим подробнее. Считалось, что жизнь может многократно зарождаться из неживого вещества. Данная концепция была опровергнута 1688 году, Франческо Реди. Он сформулировал основную концепцию благодаря силе опытов, которыми он провел с закрытыми сосудами. Опытным путем показал, что живое вещество может иметь только от живого вещества. Была сформулирована основная концепция биогенеза, суть которой сводилась к следующему: Все живое из живого.

В 1860 году Луи Пастер, опытным путем показал, что бактерии вездесущи и могут зарождаться в рамках неживого вещества. Кроме того, он показал, что чтобы избавиться от них, нужна пастеризация – нагревание продукта до 100 градусов Цельсия.

Таким образом, Луи Пастер обосновал справедливость теории биогенеза и окончательно опроверг концепцию спонтанного зарождения жизни, которому придерживалось большинство великих ученых. 4) Концепция стационарного состояния. Жизнь на земле существовала всегда. Сильная сторона этой теории: разрывы в палеонтологической летописи. Слабая сторона: не вписывается в биогеохимическую концепцию происхождению земли. Данной концепции придерживался В. И. Вернадский. 5) Биогеохимическая концепция происхождения жизни. Он придумал - А. И. Опарин. 1924 год. «Происхождение жизни». Основная идея – зарождение жизни – это длительный эволюционный процесс становление жизни в недрах неживой материи. В рамках этого процесса ряд неорганических соединений самопроизвольно, под действием физико-химических факторов превращаются в так называемые «кирпичики жизни», превращаются в аминокислоты, нуклеотиды и нуклеозиды, АТФ, ДНК, РНК. Сильная сторона теории: данная теория согласуется с гипотезой до биологической эволюции. Кроме того, данная теория имеет эмпирическое подтверждение. Оно было получено 1953 году. Миллер Стейли Лойд провел следующий эксперимент. В запаянный сосуд были помещены газы первичной атмосферы земли, а именно – водород, аммиак, метан, газообразная вода. Через эту газовую смесь пропускали электрические заряды при высокой температуре. После вскрытия ампул были обнаружены аминокислоты и другие органические кислоты, которые являются составными частями живого. Слабая сторона теории Опарина: уязвимость, Не может ответить на вопрос – Что произошло раньше аминокислоты или белки. Гипотезы: 1) Утверждают первичность аминокислот, объединяют под общим названием голобиоз. 2) Утверждает генобиоз, первичность происхождения органических систем генетического кода. Концепция Опарина достаточно точно описывает происхождение первичных клеток. Первичные клетки называются коацерваты. Как они возникают? Первые органические соединения под действием мощных физических факторов образуются молекулы жирных кислот – липиды. Данные молекулы имеют 2 полярности, один из которых смачивается молекулами воды, а другой нет. Гидрофильные и гидрофобные концы липидов. Гидрофильные концы липидов обращаются к внешней среде, а гидрофобные образуют замкнутое пространство. Образуются коацерваты. Пространственно-обособленная целостная система. Она поглощает из внешней среды вещества и процессы жизнедеятельности выбрасываются продукты. В результате, начинается обмен веществ.

2) Молекулярно-генетический подход к изучению эволюции. Классическая менделевская генетика поставила перед современной 2 основных вопроса:

1) Что такое ген и генотип?

2) Каким образом происходит развитие популяций и возникновение новых биологических видов?

Классическая генетика базируется на 3 основных законах. Первый закон Менделя – закон единообразия первого поколения. Второй закон Менделя – закон расщепления. Этот закон отражает появление доминантных и рецессивных признаков. Третий закон фиксирует независимое комбинирование признаков.

С точки зрения современного естествознания. Носителями наследственной информации являются хромосомы и гены, открытые в конце 19 века. 1953, Д. Уотсон открывают молекулу ДНК, раскрывают структуру носителя. Позже были открыты РНК, в своем составе имеют водород, азот, кислород и фосфор. Имеют универсальное распространение в живой природе.

ДНК – двойная спираль, состоящая из аминокислот, которые выполняют 3 функции:

1) Хранение информации.

2) Реализация информации в процессе роста новых клеток.

3) Самовоспроизведение.

Ген, геном – это совокупность генов, содержавшихся в одинарном наборе хромосом.

Генотип – это совокупность всех генов организма.

С точки зрения современной генетики существует несколько уровней организации. Несколько типов изменчивости на молекулярном уровне. Важнейшим механизмом являются мутации.

Мутации генов – это преобразование генов под действием внешних факторов среды.

Мутаген – это внешне факторы, вызывающие мутации. Являются, прежде всего, радиация, токсичные химические соединения, вирусы – это мутагены.

Еще один механизм изменчивости – это рекомбинация генов.

Неклассическая комбинация генов. В этом типе происходит общее увеличение генетической информации. Приносятся вирусами.

3) Изучение молекулярных основ воспроизводства жизни и процессов жизнедеятельности. 3 типа обмена веществ катаболизм (диссимиляция), анаболизм, метаболизм. Катаболизм – это процесс расщепления сложных органических соединений, которые сопровождаются выделением химической энергии, при наличии химической связи. Избыток энергии запасается в АТФ.

Амфоболизм – это процесс образования в ходе катаболизма мелких органических молекул. Они являются кирпичиками в построении более сложных. Анаболизм –это представляет собой разветвленную систему процессов синтеза сложных молекул с расходованием молекул АТФ.

Все 3 типа обмена полностью расшифрованы. Концепции биохимического единства возникла во второй половине 19 века. Суть: единство состава и механизма функционирования всех систем живой природы.

Клеточный уровень живого.

Клетка- это основной элементарный уровень жизни, способный к воспроизводству. В клетке протекают все обменные процессы. История открытия клетки посмотреть самостоятельно. Связана с развитием микроскопии. С именем Гука и Галилея. Разделили на прокариотную и эукариотные формы жизни. С точки зрения строения клеток.

Прокариот - безъядерный ствол жизни.

Эукариоты – имеют ядро.

Самые ранние формы жизни были прокариотные формы жизни. Живут в бескислородной среде. Для эукариот необходим кислород. В результате появления в атмосфере кислорода, форма обмена энергии с окружающей средой в рамках эукариотной формы жизни, становится более выгодной, чем в рамках прокариотной. Центральным элементом у прокариот – брожение. А у эукариот – дыхание.

В рамках дыхания передается в 18 раз больше энергии, чем в рамках брожении.

Крупнейшим шагом в развитии эволюции стало возникновение фотосинтеза. Суть фотосинтеза является то, что берутся не органические вещества, а углекислый газ и вода. В результате образуется Органическое вещество + кислород. Данная реакция идет в прямом и в обратном направлении. Процессы окисления. Сильнейший антиоксидант – этиловый спирт, оливковое масло. Процесс обратной реакции сопровождается энергией дыхания.

Организменный уровень живой системы.

Возникновение многоклеточных организмов. Промежуточная стадия – это возникновение…

Биология - наука о жизни, одна из естественных наук, предметом которой являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой. Биология изучает все аспекты жизни, в частности, структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле. Классифицирует и описывает живые существа, происхождение их видов, взаимодействие между собой и с окружающей средой.

Как особая наука биология выделилась из естественных наук в XIX веке, когда учёные обнаружили, что живые организмы обладают некоторыми общими для всех характеристиками. Термин «биология» был введен независимо несколькими авторами Фридрих Бурдахом в 1800 году, в 1802 году и Жаном Батистом Ламарком.

В основе современной биологии лежат пять фундаментальных принципов: клеточная теория, эволюция, генетика, гомеостаз и энергия. В наше время биология - стандартный предмет в средних и высших учебных заведениях всего мира. Ежегодно публикуется более миллиона статей и книг по биологии, медицине и биомедицине.

В биологии выделяют следующие уровни организации:

Клеточный, субклеточный и молекулярный уровень: клетки содержат внутриклеточные структуры, которые строятся из молекул.

Организменный и органно-тканевой уровень: у многоклеточных организмов клетки составляют ткани и органы. Органы же, в свою очередь, взаимодействуют в рамках целого организма.

Популяционный уровень: особи одного и того же вида, обитающие на части ареала, образуют популяцию.

Видовой уровень: свободно скрещивающиеся друг с другом особи обладающие морфологическим, физиологическим, биохимическим сходством и занимающие определённый ареал формируют биологический вид.

Биогеоценотический и биосферный уровень: на однородном участке земной поверхности складываются биогеоценозы, которые, в свою очередь, образуют биосферу.

Большинство биологических наук является дисциплинами с более узкой специализацией. Традиционно они группируются по типам исследуемых организмов: ботаника изучает растения, зоология - животных, микробиология - одноклеточные микроорганизмы. Области внутри биологии далее делятся либо по масштабам исследования, либо по применяемым методам: биохимия изучает химические основы жизни, молекулярная биология - сложные взаимодействия между биологическими молекулами, клеточная биология и цитология - основные строительные блоки многоклеточных организмов, клетки, гистология и анатомия - строение тканей и организма из отдельных органов и тканей, физиология - физические и химические функции органов и тканей, этология - поведение живых существ, экология - взаимозависимость различных организмов и их среды.

Передачу наследственной информации изучает генетика. Развитие организма в онтогенезе изучается биологией развития. Зарождение и историческое развитие живой природы - палеобиология и эволюционная биология.

На границах со смежными науками возникают: биомедицина, биофизика, биометрия и т.д. В связи с практическими потребностями человека возникают такие направления как космическая биология, социобиология, физиология труда, бионика.

Вопрос 1. Что изучает биология?.
Биология – наука о жизни как особом явлении природы - изучает жизнь во всех ее проявлениях: строение, функционирование живых организмов, их поведение, взаимоотношения друг с другом и окружающей средой, а также индивидуальное и историческое развитие живого.

Вопрос 2. Почему современную биологию считают комплексной наукой?
В процессе поступательного развития и по мере обогащения новыми фактами биология преобразовалась в комплекс наук, исследующих закономерности, свойственные живым существам, с разных сторон. Так, обособились биологические науки, изучающие животных (зоология), растения (ботаника), бактерий (микробиология), вирусы (вирусология). Строение организмов исследует морфология, функционирование живых систем - физиология, наследственность и изменчивость - генетика. Строение и свойства человеческого организма изучает медицина, в которой выделены самостоятельные дисциплины – анатомия, физиология, гистология, биохимия, микробиология. Но главное, что знания, получаемые каждой из этих наук, объединяются, взаимно дополняются, обогащаются и проявляются в виде биологических законов и теорий, которые носят всеобщий характер. Особенность современной биологии заключается в утверждении принципа единства главных механизмов жизнеобеспечения, осознании роли эволюционного процесса в существовании и изменениях органического мира, который включает и человека, признании первостепенной важности экологических закономерностей с распространением их на человека.
Современная биология не может развиваться обособленно от других наук. Каждый процесс или явление, характерное для живых систем, исследуется комплексно, с привлечением новейших знаний других научных областей. Поэтому в настоящее время происходит интеграция биологии с химией (биохимия), физикой (биофизика), астрономией (космическая биология).
Таким образом, современная биология возникла в результате дифференциации и интеграции разных научных дисциплин и является комплексной наукой.

Вопрос 3. Какова роль биологии в современном обществе?
Значение биологии в современном обществе заключается в том, что она служит теоретической базой многих наук. Биологические знания используются в различных сферах человеческой жизни. Биология определяет развитие современной медицины. Открытия, сделанные в физиологии, биохимии и генетике, дают возможность правильно поставить диагноз больному, подобрать эффективное лечение. Получение новых лекарственных препаратов, витаминов, биологически активных веществ позволит решить проблему профилактики многих болезней. Столь же очевидно значение биологических знаний в формировании мировоззренческих взглядов врача.
С развитием молекулярной биологии и генетики стало возможным целенаправленно изменять содержание наследственной информации человека, растений и животных. Всё это даёт толчок к развитию современной медицины и селекции. Селекционеры, благодаря знаниям законов наследственности и изменчивости, создают новые высокоурожайные сорта культурных растений, высокопродуктивные породы домашних животных, формы микроорганизмов, применяемые в пищевой промышленности, производстве кормов, фармацевтике. Медики имеют возможность в изучении наследственных заболеваний человека, и находить способы их лечения.
В технике биологические знания являются теоретической базой ряда производств пищевой, легкой, микробиологической и других отраслей промышленности. Развивается новое направление производства - биотехнология (производство продуктов питания, поиск новых источников энергии).
На современном этапе развития общества наиважнейшее значение приобрели экологические проблемы, что делает неизбежный процесс экологизации науки, в том числе и биологии как науки о живых организмах. Решение проблемы рационального использования биологических ресурсов, охраны природы и окружающей среды возможно только с применением биологии.

Вопрос 1. Введение в биологию

1. Определение биологии

Биология – наука о жизни . Она изучает жизнь как особую форму движения материи, законы ее существования и развития. Предметом изучения биологии являются живые организмы, их строение, функции, их природные сообщества. Термин «биология», предложенный в 1802 г. впервые Ж.Б. Ламарком, происходит от двух греческих слов: bios - жизнь и logos – наука. Вместе с астрономией, физикой, химией, геологией и другими науками, изучающими природу, биология относится к числу естественных наук. В общей системе знаний об окружающем мире другую группу наук составляют социальные, или гуманитарные (лат. humanitas – человеческая природа), науки, изучающие закономерности развития человеческого общества.

2. Современная биология

Классификацией живых существ занимается систематика.

Ряд биологических наук изучает морфологию, т. е. строение организмов, другие – физиологию, т. е. процессы, протекающие в живых организмах, и обмен веществ между организмами и средой. К морфологическим наукам относятся анатомия, изучающая макроскопическую организацию животных и растений, и гистология – наука о тканях и о микроскопическом строении тела.

Многие общебиологические закономерности являются предметом изучения цитологии, эмбриологии, геронтологии, генетики, экологии, дарвинизма и других наук.

3. Наука о клетке

Цитология – наука о клетке. Благодаря применению электронного микроскопа, новейших химических и физических методов исследования современная цитология изучает строение и жизнедеятельность клетки не только на микроскопическом, но и на субмикроскопическом, молекулярном уровне.

4. Эмбриология и генетика

Эмбриология изучает закономерности индивидуальности развития организмов, развитие зародыша. Геронтология – учение о старении организмов и борьбе за долголетие.

Генетика – наука о закономерностях изменчивости и наследственности. Она является теоретической базой селекции микроорганизмов, культурных растений и домашних животных.

5. Экологические науки

6. Палеонтология. Антропология

Палеонтология изучает вымершие организмы, ископаемые останки прежней жизни.

Дарвинизм , или эволюционное учение, рассматривает общие закономерности исторического развития органического мира.

Антропология – наука о происхождении человека и его рас. Правильное понимание биологической эволюции человека невозможно без учета закономерностей развития человеческого общества, поэтому антропология является не только биологической, но и социальной наукой.

7. Связь биологии с другими науками

Во всех теоретических и практических медицинских науках используются общебиологические закономерности.

Вопрос 2. Методы биологических наук

1. Основные методы биологии

Основными частными методами в биологии являются:

Описательный,

Сравнительный,

Исторический,

Экспериментальный.

Для того чтобы выяснить сущность явлений, необходимо прежде всего собрать фактический материал и описать его. Собирание и описание фактов были главным приемом исследования в ранний период развития биологии , который, однако, не утратил значения и в настоящее время.

Еще в XVIII в. получил распространение сравнительный метод, позволяющий путем сопоставления изучать сходство и различие организмов и их частей. На принципах этого метода была основана систематика и сделано одно из крупнейших обобщений – создана клеточная теория. Сравнительный метод перерос в исторический , но не потерял своего значения и сейчас.

2. Исторический метод

Исторический метод выясняет закономерности появления и развития организмов, становления их структуры и функций. Утверждением в биологии исторического метода наука обязана Ч. Дарвину.

3. Экспериментальный метод

Экспериментальный метод исследования явлений природы связан с активным воздействием на них путем постановки опытов (экспериментов) в точно учитываемых условиях и путем изменения течения процессов в нужном исследователю направлении. Этот метод позволяет изучать явления изолированно и добиваться повторяемости их при воспроизведении тех же условий. Эксперимент обеспечивает не только более глубокое, чем другие методы, проникновение в сущность явлений, но и непосредственное овладение ими.

Высшей формой эксперимента является моделирование изучаемых процессов. Блестящий экспериментатор И.П. Павлов говорил: «Наблюдение собирает то, что ему предлагает природа, опыт же берет у природы то, что он хочет».

Комплексное использование различных методов позволяет наиболее полно познать явления и объекты природы. Происходящее в настоящее время сближение биологии с химией, физикой, математикой и кибернетикой, использование их методов для решения биологических задач оказались весьма плодотворными.

Вопрос 3. Этапы развития биологии

1. Эволюция биологии

Развитие каждой науки находится в известной зависимости от способа производства , общественного строя, потребностей практики, общего уровня науки и техники. Первые сведения о живых организмах начал накапливать еще первобытный человек. Живые организмы доставляли ему пищу, материал для одежды и жилища. Уже в то время появилась необходимость знать свойства растений и животных, места их обитания и произрастания, сроки созревания плодов и семян, особенности поведения животных. Так постепенно не из праздной любознательности, а вследствие насущных повседневных потребностей накапливались сведения о живых организмах. Приручение животных и начало возделывания растений потребовали более глубоких сведений о живых организмах.

Первоначально накапливающийся опыт передавался устно от одного поколения другому. Появление письменности способствовало лучшему сохранению и передаче знаний.

Информация становилась полней и богаче. Однако длительное время вследствие низкого уровня развития общественного производства биологической науки еще не существовало.

2. Изучение биологии в древности

Значительный фактический материал о живых организмах был собран великим врачом Греции Гиппократом (460–377 гг. до н. э.). Ему принадлежат первые сведения о строении животных и человека, описание костей, мышц, сухожилий, головного и спинного мозга. Гиппократ учил: «Необходимо, чтобы каждый врач понимал природу».

Естествознание и философия античного мира в наиболее концентрированном виде представлены в трудах Аристотеля (384–322 гг. до н. э.). Он описал более 500 видов животных и сделал первую попытку их классификации. Аристотель интересовался строением и образом жизни животных. Им были заложены основы зоологии. Аристотель оказал огромное влияние на дальнейшее развитие естествознания и философии. Работы Аристотеля в области изучения и систематизации знаний о растениях продолжил Теофраст (372–287 гг. до н. э.). Его называют «отцом ботаники». Расширением знаний о строении человеческого тела античная наука обязана римскому врачу Галену (139–200 гг. н. э.) производившему вскрытие обезьян и свиней. Труды его оказывали влияние на естествознание и медицину в течение ряда веков. Римский поэт и философ Тит Лукреций Кар , живший в I в. до н. э., в поэме «О природе вещей» выступил против религии и высказал мысль о естественном возникновении и развитии жизни.

3. Упадок науки в Средневековье

На смену рабовладельческому обществу в результате развития производительных сил и производственных отношений пришел феодализм, охватывающий период Средневековья. В эту мрачную эпоху утвердилось господство церкви с ее мистикой и реакционной идеологией. Наука переживала упадок, стала, по выражению К. Маркса , «служанкой богословия». Церковь канонизировала и объявила незыблемой истиной сочинения Аристотеля, Галена , во многом исказив их. Утверждалось, что в естествознании все проблемы уже решены учеными древности, поэтому в изучении живой природы нет необходимости. «Мудрость мира – есть безумие перед богом», – поучала церковь. Библия была объявлена книгой «божественного откровения». Все объяснения явлений природы не должны были противоречить ни Библии, ни сочинениям древних. Церковь жестоко карала всех прогрессивных мыслителей и исследователей, поэтому накопление знаний в эпоху Средневековья шло очень медленно.

4. Эпоха Возрождения и развитие науки

Важным рубежом в развитии науки являлась эпоха Возрождения (XIV–XVI вв.). С этим периодом связано зарождение нового общественного класса – буржуазии. Развивающиеся производственные силы требовали конкретных знаний. Это привело к обособлению ряда наук о природе. В XV–XVIII вв. выделились и интенсивно развивались ботаника, зоология, анатомия, физиология. Однако развивающемуся естествознанию нужно было еще отстаивать свои права на существование, вести жестокую борьбу с церковью. Еще продолжали пылать костры инквизиции. Мигель Сервет (1511–1553 гг.), открывший малый круг кровообращения, был объявлен еретиком и сожжен на костре.

5. Учение Ф. Энгельса

Характерной чертой естествознания того времени было изолированное изучение объектов природы. «Надо был исследовать предметы, прежде чем можно было приступить к исследованию процессов», – писал Ф. Энгельс . Изолированное изучение объектов природы порождало представления о ее неизменности, в том числе неизменности видов. «Видов столько, сколько их создал творец», – считал К. Линней . «Но что особенно характеризует рассматриваемый период, так это – выработка своеобразного общего мировоззрения, центром которого является представление об абсолютной неизменяемости природы», – писал Ф. Энгельс . Этот период в развитии естествознания он называл метафизическим.

Однако, как указывает Ф. Энгельс , уже тогда в метафизических представлениях начинают возникать первые бреши. В 1755 г. появилась «Всеобщая естественная история и теория неба» И. Канта (1724–1804 гг.), в которой он развил гипотезу о естественном происхождении Земли. Через 50 лет эта гипотеза получила математическое обоснование в работе П.С. Лапласа (1749–1827 гг.).

В борьбе с идеалистическими представлениями большую положительную роль сыграли французские материалисты XVIII в. – Ж. Ламетри (1709–1751 гг.), Д. Дидро (1713–1784 гг.) и др.

6. Необходимость нового подхода к изучению природы

В период быстрого развития промышленности и роста городов, потребовавшего резкого увеличения продуктов сельскохозяйственного производства, возникла необходимость в научном ведении земледелия. Потребовалось раскрытие закономерностей жизнедеятельности организмов, истории их развития. Для решения этих задач нужен был новых подход к изучению природы. В науку начинают проникать идеи о всеобщей связи явлений, изменяемости природы, эволюции органического мира.

Академик Российской академии наук К.Ф. Вольф (1733–1794 гг.), исследуя зародышевое развитие животных, выяснил, что индивидуальное развитие связано с новообразованием и преобразованием частей эмбриона. По словам Ф. Энгельса, Вольф произвел в 1759 г. первое нападение на теорию постоянства видов. В 1809 г. Ж.Б. Ламарк (1744–1829 гг.) выступил с первой теорией эволюции. Однако фактического материала для обоснования теории эволюции еще было недостаточно. Ламарку не удалось открыть основные закономерности развития органического мира, и его теория не была признана современниками.

7. Возникновение новых наук

В первой половине XIX в. возникли новые науки – палеонтология, сравнительная анатомия животных и растений, гистология и эмбриология. Знания, накопленные естествознанием в первой половине XIX в., явились прочной основой для эволюционной теории Ч. Дарвина. Его труд «Происхождение видов» (1859 г.) знаменовал собой переломный момент в развитии биологии: с него началась новая эпоха в истории естествознания. Вокруг учения Дарвина возникает ожесточенная идеологическая борьба, но идея эволюционного развития быстро завоевывает всеобщее признание. Вторая половина XIX в. характеризуется плодотворным проникновением идей дарвинизма во все области биологии.

8. Распад науки на отдельные отрасли

Для биологии ХХ в. характерны два процесса. Во-первых, вследствие накопления огромного фактического материала прежние единые науки начинают распадаться на отдельные отрасли. Так, из зоологии выделились энтомология, гельминтология, протозоология и многие другие отрасли, из физиологии – эндокринология, физиология высшей нервной деятельности и т. д. Во-вторых, намечается тенденция к сближению биологии с другими науками : возникли биохимия, биофизика, биогеохимия и др. Появление пограничных наук указывает на диалектическое единство многообразных форм существования и развития материи, способствует преодолению метафизического разобщения в изучении форм ее существования. В последние десятилетия в связи с бурным развитием техники и новейшими достижениями в ряде областей естествознания возникли молекулярная биология, бионика, радиобиология, космическая биология.

Молекулярная биология – область современного естествознания. Используя теоретические основы и экспериментальные методы химии и молекулярной физики, она дает возможность исследовать биологические системы на молекулярном уровне.

Бионика изучает функции и строение организмов с целью использования тех же принципов при создании новой техники. Если до настоящего времени биология была одной из теоретических основ медицины и сельского хозяйства, то ныне становится также одной из основ техники будущего.

Появление радиобиологии – учения о действии ионизирующих излучений на живые организмы – связано с открытием биологического действия рентгеновских и гамма-лучей, особенно после обнаружения природных источников радиоактивности и создания искусственных источников ионизирующих излучений.

До недавнего прошлого биология оставалась чисто земной наукой, изучающей формы жизни только на нашей планете. Однако успехи современной техники, позволившие создать летательные аппараты, способные преодолевать земное притяжение и выходить в космическое пространство, поставили перед биологией ряд новых задач, являющихся предметом космической биологии . В решении вопросов сегодняшнего дня вместе с биологами принимают участие математики, кибернетики, физики, химики и специалисты в других областях естествознания.

Вопрос 4. Роль биологии в системе медицинского образования

1. Связь биологии с медициной

Важность изучения биологии для медика определяется тем, что биология – это теоретическая основа медицины. «Медицина, взятая в плане теории, – это прежде всего общая биология», – писал один из крупнейших теоретиков медицины И.В. Давыдовский. Успехи медицины связаны с биологическими исследованиями, поэтому врач постоянно должен быть осведомлен о новейших достижениях биологии. Достаточно привести несколько примеров из истории науки, чтобы убедиться в тесной связи успехов медицины с открытиями, сделанными, казалось бы, в чисто теоретических областях биологии.

2. Учение Л. Пастера

Исследования Л. Пастера (1822–1895 гг.), доказавшие невозможность самопроизвольного зарождения жизни в современных условиях, открытие того, что гниение и брожение вызываются микроорганизмами, произвели переворот в медицине и обеспечили развитие хирургии. В практику были введены сначала антисептика (предупреждение заражения раны посредством химических веществ), а затем асептика (предупреждение загрязнения путем стерилизации предметов, соприкасающихся с раной). Это же открытие послужило стимулом к поискам возбудителей заразных болезней, а с обнаружением их связаны разработка профилактики и рационального лечения инфекционных болезней. Открытие клетки и изучение микроскопического строения организмов позволили глубже понять причины возникновения болезненного процесса, способствовали разработке методов диагностики и лечения. То же самое следует сказать об изучении физиологических и биохимических закономерностей. Изучение И.И. Мечниковым процессов пищеварения у низших многоклеточных организмов способствовало объяснению явлений иммунитета. Его исследования по межвидовой борьбе у микроорганизмов привели к открытию антибиотиков, используемых для лечения многих болезней.

3. Филогенетический принцип

Следует помнить, что человек выделился из животного мира. Структура и функции человеческого организма, в том числе защитные механизмы, – результат длительных эволюционных преобразований предшествующих форм. В основе патологических процессов также лежат общебиологические закономерности. Необходимой предпосылкой для понимания сущности патологического процесса является знание биологии.

Филогенетический принцип , учитывающий эволюцию органического мира, может подсказать правильный подход к созданию живых моделей для изучения и незаразных болезней и для испытания новых лекарственных препаратов. Этот же метод помогает найти правильное решение при выборе тканей для заместительной трансплантации, понять происхождение аномалий и уродств, найти наиболее рациональные пути реконструкции органа и т. д.

4. Роль генетики в медицине

Большое число болезней имеет наследственную природу. Профилактика и лечение их требуют знания генетики. Ненаследственные болезни протекают неодинаково, а их лечение проводится в зависимости от генетической конституции человека, чего не может не учитывать врач. Многие врожденные аномалии возникают вследствие воздействия неблагоприятных условий среды. Предупредить их – задача врача, вооруженного знаниями биологии развития организмов. Здоровье людей в большой мере зависит от среды, в частности от той, которую создает человечество. Знание биологических закономерностей необходимо для научно обоснованного отношения к природе, охране и использованию ее ресурсов, в том числе с целью лечения и профилактики заболеваний. Как уже говорилось, причиной многих болезней человека являются живые организмы, поэтому для понимания патогенеза (механизма возникновения и развития болезни) и закономерностей эпидемического процесса (т. е. распространения заразных болезней) необходимо изучение болезнетворных организмов.

Вопрос 5. Обмен веществ и энергии

1. Совокупность закономерностей

К числу закономерностей, совокупность которых характеризует жизнь, относятся:

Самообновление, связанное с потоком вещества и энергии;

Самовоспроизведение, обеспечивающее преемственность между сменяющими друг друга генерациями биологических систем, связанное с потоком информации;

Саморегуляция, базирующаяся на потоке вещества, энергии и информации.

Перечисленные закономерности обусловливают основные атрибуты жизни: обмен веществ и энергии, раздражимость, гомеостаз, репродукцию, наследственность, изменчивость, индивидуальное и филогенетическое развитие.

2. Обмен веществ и энергии

Характеризуя явление жизни, Ф. Энгельс писал: «Жизнь – это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка».

Важно отметить, что обмен веществ может иметь место и между телами неживой природы . Однако обмен веществ как свойство живого качественно отличается от обменных процессов в неживых телах. Для того чтобы показать эти отличия, рассмотрим ряд примеров.

Горящий кусок угля находится в состоянии обмена с окружающей природой: происходит включение кислорода в химическую реакцию и выделение углекислого газа. Образование ржавчины на поверхности железного предмета является следствие обмена со средой. Но в результате этих процессов неживые тела перестают быть тем, чем они были. Наоборот, для тел живой природы обмен с окружающей средой является условием их существования. В живых организмах обмен веществ приводит к восстановлению разрушенных компонентов, замене их новыми, подобными им, т. е. к самообновлению и самовоспроизведению , построению тела живого организма за счет усвоения веществ из окружающей среды.

Из сказанного следует, что организмы существуют как открытые системы. Через каждый организм идут непрерывные потоки вещества и энергии. Осуществление этих процессов обусловлено свойствами белков, особенно их каталитической активностью.

3. Места обитания микроорганизмов

Благодаря тому, что организмы – открытые системы, они находятся в единстве со средой , а физические, химические и биологические свойства окружающей среды обусловливают осуществление всех процессов жизнедеятельности. Каждый вид организмов приспособлен к обитанию лишь в определенных условиях. Это те условия, в которых происходило развитие данного вида, к которым он приспособился. Одни виды обитают только в воде, другие – на суше, одни – лишь в полярных широтах, другие – в экваториальном поясе, различные организмы приспособлены к обитанию в степях, пустынях, лесах, глубинах океанов или на вершинах гор. Немало таких, для которых средой обитания служат другие организмы (их кишечник, мышцы, кровь и т. д.).

4. Изменение окружающей среды

Не только организмы зависят от среды, но и сама окружающая среда изменяется в результате жизнедеятельности организмов. Первобытный облик нашей планеты значительно изменился под воздействием организмов: она приобрела атмосферу со свободным кислородом и почвенный покров. Из свободного кислорода образовался озон, препятствующий проникновению ультрафиолетового излучения к поверхности Земли; так возник «озоновый экран», обеспечивающий существование жизни на поверхности суши. Из зеленых растений, накопивших в себе солнечную энергию в прошлые геологические эпохи, сформировались огромные запасы богатых энергией горных пород, таких как уголь и торф. Органическое происхождение имеют известняки, мел и многие другие минералы. Растительный покров влияет на климат, древесная растительность делает его более мягким, уменьшает колебания температуры и других метеорологических факторов. Влияние неживой природы на организмы и организмов на неживые тела указывает на единство всей природы.