Биология

Биология — система наук, изучающая жизнь во всех ее проявлениях и на всех уровнях организации живого, о живой природе, о живых существ, населяющих Землю или уже вымерших, их функции, развитие особей и родов, наследственность, изменчивость, взаимные отношения, систематику, распространение на Земле; о связи между живыми существами и неживой природой. Биология устанавливает общие закономерности, свойственные жизни во всех его проявлениях.

История становления и развития

(▲)

История биологии

Термин «биология» был впервые употреблен в 1797 г. немецким профессором анатомии Теодором Рузом, позже в 1800 г. термин применил профессор Дерптского университета Фридрих Бурда, а в 1802 г. — Жан Батист Ламарк и Лудольф Тревиранус.

Биология как наука возникла при познании человеком окружающей природы, в связи с материальными условиями жизни общества, развитием производственных отношений, медицины, практических потребностей человека.

Наряду с физикой, химией, математикой, биология относится к естественным наукам, предметом изучения которых является природа. В процессе постепенного развития и по мере обогащения новыми фактами биология превратилась в комплекс наук, исследует закономерности, присущие живым существам с разных сторон. Некоторые из этих наук представлены самостоятельными дисциплинами — анатомией, физиологией, гистологией, биохимией, микробиологией и др. Современная биология — это сложный высокодифференцированный комплекс фундаментальных и прикладных исследований живой природы, которая состоит из многих биологических дисциплин, специализирующихся на изучении структурно-функциональных особенностей определенных организмов. Теоретический фундамент биологии был заложен эволюционным учением Дарвина, клеточной теорией Шванна и целлюлярной патологией Рудольфа Вирхова.

Человек издавна, с доисторических времен, жила рядом с живыми существами. Еще больше ознакомилась она с ними, когда начала культивировать растения и одомашнивать животных. По мере освоения растительного и животного мира развивались и углублялись знания человека. С этажных и часто неточных представлений о природе постепенно формировались более определенные и точные знания. Памятники древних культур: китайской, индийской, ассиро-вавилонской, египетской, греческой — свидетельствуют о том, что еще задолго до начала нашей эры был накоплен значительный эмпирический материал в области биологии. Наряду с практическими вопросами, важными для сельского хозяйства и медицины, древние естествоиспытатели-мыслители (Гераклит, Демокрит, Гиппократ и др.) пытались решить и ряд общебиологических вопросов, в частности вопросов, касающихся происхождения и эволюции живых существ. Важное значение для развития биологии имели произведения Аристотеля (384—322 до н. э.).

Первые систематические попытки познания живой природы были сделаны античными врачами и философами (Гиппократ, Аристотель, Теофраст, Гален). Их работы, продолженные в эпоху Возрождения, положили начало ботанике и зоологии, а также анатомии и физиологии человека (Андреас Везалий и др.). В 17 — 18 веках в биологию проникают экспериментальные методы. На основе количественных измерений и применения законов гидравлики был открыт механизм кровообращения (Уильям Гарвей, 1628). Изобретение микроскопа раздвинул границы известного мира живых существ, углубил представления об их строении. Одно из главных достижений этой эпохи создания системы классификации растений и животных (Карл Линней, 1735). Вместе с тем преобладали умозрительные теории о развитии и свойства живых существ (самозарождения, преформации и др.).

В 19 веке в результате резкого увеличения количества биологических исследований (новые методы, экспедиции в тропические и малодоступные районы Земли и др.), накопление и дифференциации знаний сформировалось много специальных биологических наук. Так, в ботанике и зоологии появляются разделы, которые изучают отдельные систематические группы, Среди достижений биологии клеточная теория (Т. Шванн, 1839), открытие закономерностей наследственности (Грегор Мендель, 1865). К фундаментальным изменениям в биологии привело эволюционное учение Чарльза Дарвина (1859).

Для биологии 20 века характерны две взаимосвязанные тенденции. С одной стороны, сформировалось представление о качественно различные уровни организации живой природы: молекулярный (молекулярная биология, биохимия и другие науки, которые сочетают понятием физико-химическая биология), клеточный (клеточная биология), уровень организмов (анатомия, физиология, эмбриология), популяционно -видовий (экология, биогеография). С другой стороны, стремление к целостному, синтетического познания живой природы привело к прогрессу наук, изучающих определенные свойства живой природы на всех структурных уровнях ее организации (генетика, систематика, эволюционное учение и т. п.). Поразительных успехов начиная с 1950-х годов достигла молекулярная биология, которая раскрыла химические основы наследственности (строение ДНК, генетический код, матричный принцип синтеза биополимеров). Учение о биосфере (В. И. Вернадский) раскрыло масштабы геохимической деятельности живых организмов, их неразрывную связь с неживой природой. Практическое значение биологических исследований и методов (в том числе генной инженерии, биотехнологии) для медицины, сельского хозяйства, промышленности, разумного использования природных ресурсов и охраны природы, а также проникновение в эти исследования идей и методов точных наук выдвинули биологию в середине 20 века на передовые рубежи естествознания.

Задача биологии и обзор основных проблем

Задачей биологии является всестороннее изучение всей совокупности организмов как современных, так и ископаемых. Число современных видов организмов достигает около 2 млн, в том числе более 1500000 животных. Примерно столько же известно ископаемых видов. Биологи исследуют строение растений и животных, их жизненные функции, образ жизни и распространение на Земле, их историческое развитие и значение, пути использования и тому подобное. Эти исследования дают возможность все больше и рационально использовать в интересах человека полезные формы, все успешнее уничтожать вредные.

Вопрос об историческом развитии органического мира и происхождения человека являются одними из важнейших в современной биологии; они всегда стояли в центре борьбы между материализмом и идеализмом. Именно раздел биологии, охватывает эти вопросы, испытывал и испытывает сильных нападок со стороны реакционных сил в биологии.

Биология теперь — сложная система научных дисциплин, каждая из которых имеет свои задачи, свои методы и объекты исследования.

Весь мир организмов, в зависимости от степени их родства, делится на определенные группы: типы, классы, ряды, семьи, роды, виды. Распределение организмов по группам, или их классификацию, осуществляет систематика. Основоположником научной систематики был К. Линней.

Разделение биологии на отдельные научные дисциплины определяется прежде всего местом организмов в системе. Своеобразные особенности растительных и животных организмов обусловили прежде дифференциацию двух основных отраслей биологии — ботаники, всесторонне изучает растения, и зоологии — науки о животных. Многие разделы ботаники и зоологии оформилось в самостоятельные науки. Так, например, по ботанике выделились науки: о бактериях — бактериологии, о водорослях — альгология, о грибах — микология, о лишайниках — лихенология, о мхах — бриология и др. В 20 в. развилась вирусология. Зоология также делится на ряд наук, каждая из которых изучает определенную группу животных. Так, одноклеточных изучает протозоология, паразитических червей — гельминтология, ракообразных — карцинология, паукообразных — Арахнология, насекомых — энтомология, моллюсков — малакология, рыб — ихтиология, земноводяних — батрахология, пресмыкающихся — герпетология, птиц — орнитология, млекопитающих — мамалиология (териология). Кроме того, различают еще гидробиологии — науку, которая изучает жизнь организмов в водной среде, паразитологии — науку о паразитические организмы и борьбу с ними.

Строение организмов и ее изменения в индивидуальном и историческом развитии исследует морфология, которая является базой для развития других биологических наук. Для изучения внутреннего строения организмов морфология пользуется методом сечений и срезов, поэтому этот ее раздел известен еще под названием анатомии . Применение сравнительного анализа внутренних структур позволило сделать ряд важных обобщений. Без сравнительной анатомии невозможно решение такой важной проблемы, как эволюция органического мира.

Микроскопическое исследование тонкой телосложения организмов, недоступной для невооруженного человеческого глаза, осуществляет наука о тканях — гистология. Параллельно со сравнительной анатомией развилась сравнительная гистология. Микроскопическое исследование строения клеток привело к развитию клеточной биологии — науки о строении, химический состав, физиологические свойства и развитие этой основной структурной единицы живых существ.

Морфологические науки тесно переплетаются с физиологией, которая изучает жизненные функции организмов, то есть процессы их жизнедеятельности (движение, питание, дыхание, кровообращение, выделение, передачу нервного возбуждения и т. д.). С физиологией около родственная биохимия, или физиологическая химия, которая исследует химические процессы, лежащие в основе обмена веществ, ведет химический анализ тканей и различных выделений организма.

Взаимоотношения и взаимодействие организма и внешней среды изучает экология. Важным ее разделом является ценология, которая изучает биоценозы. Из данных экологии и ценологии выходит в своих выводах биогеография, которая делится на фитогеография (география растений) и зоогеографии (география животных).

Индивидуальное развитие организмов (онтогенез) делится на два этапа — эмбриональный (зародышевый) и постэмбрионального (послезародышевый). Закономерности эмбрионального развития изучает эмбриология, которая, естественно, делится на эмбриологии растений и эмбриологии животных и человека. Вопрос наследственности и изменчивости организмов исследует генетика.

Эволюционное учение, или дарвинизм, охватывает как общие закономерности эволюции организмов, так и факторы исторического (филогенетического) и индивидуального развития животных и растений. Конкретные пути исторического развития, родство разных систематических групп организмов-их филогению изучает филогенетика. Очень важное значение для выявления родства организмов имеет палеонтология, которая исследует ископаемые растения (палеоботаника) и ископаемых животных (палеозоология) и их развитие на протяжении всех геологических времен. Именно она позволял на основании документальных данных — окаменевших остатков ископаемых организмов — воссоздать реальную картину эволюции органического мира, последовательные этапы развития жизни на Земле.

При анализе сложных биологических явлений необходимо рассматривать их в тесной связи с процессами, происходящими в неживой природе. Поэтому Б. широко пользуется услугами физики, химии, геологии и др. естественных наук. Изучение физических закономерностей в биологических явлениях, в частности влияния радиоактивных веществ на организмы, привело к возникновению новых разделов биологии — биофизики и радиобиологии.

Исследования биологии

Методы исследования

К биологическим методам исследования относят:

• Метод наблюдения — является основой морфологических наук, используется, как на микроскопическом, так и макроскопическом уровнях. Сущность метода заключается в установлении индивидуальности исследуемого объекта, без искусственного вмешательства в его процессов жизнедеятельности. Собранная информация используется для дальнейшего исследования.
• Сравнительный метод — используется для сравнения объекта исследования с подобными объектами или процессами. Он позволяет открывать новые виды живых существ и классифицировать их, подробно анализируя схожие и отличительные черты по сравнению с близкими к ним формами.
• Экспериментальный метод — используется для изучения объектов или процессов в специально созданных искусственных условиях. В отличие от метода наблюдения, экспериментальный метод подразумевает преднамеренное вмешательство экспериментатора в природу, что позволяет установить последствия от влияния тех или иных факторов на объект исследования. Метод может применяться как в природных условиях, так и лабораторных.
• Мониторинг — это метод постоянного наблюдения за состоянием отдельных биологических объектов, ходом определенных процессов в отдельных экологических системах, или в биосфере в целом.
• Моделирование — это метод демонстрации и исследования определенных процессов, явлений или организмов с помощью их упрощенной имитации. Он дает возможность изучать объекты и процессы, которые сложно или невозможно воспроизвести экспериментально, или непосредственно наблюдать.
• Статистический метод — метод основан на статистической обработке количественного материала, собранного в результате других исследований (наблюдений, экспериментов, моделирований), что позволяет его всесторонне проанализировать и установить определенные закономерности.

Цитология

Цитология (греч. κύτος — «вместилище», здесь «клетка» и греч. λόγος — «учение», «наука») — раздел биологии, изучающий живые клетки, их органоиды, их строение, функционирование, процессы клеточного размножения, старения и смерти.

Генетика

(▲)

Генетика

Генетика — наука о законах и механизмах наследственности и изменчивости. В зависимости от объекта исследования классифицируют генетику растений, животных, микроорганизмов, человека и др.

В зависимости от используемых методов генетику подразделяют на экологическую генетику и др. Идеи и методы генетики играют важную роль в медицине, сельском хозяйстве, микробиологической промышленности и, а также в генетической инженерии.

Генетика как наука появилась не так давно. В 1865 году Грегор Мендель опубликовал доклад «Опыты над растительными гибридами», за что и принято считать начало науки генетики, а Грегора Менделя за это прозвали «Отцом генетики».

Экология

(▲)

Экология и жизнь

Экология (греч. Οικος — дом, жилище, хозяйство, место — Наука об отношениях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. Термин впервые предложил немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году в книге «Общая морфология организмов».

Экология как наука стала очень популярна в наше время, в связи с ухудшением окружающей среды.

Объекты исследования экологии — в основном, системы выше уровня отдельных организмов: популяции, биоценозы, экосистемы, а также вся биосфера. Предмет изучения — организация и функционирование таких систем.

Главная задача прикладной экологии — разработка принципов рационального использования природных ресурсов на основе сформулированных общих закономерностей организации жизни.

Методы исследований в экологии подразделяются на

• полевые;
• исторические;
• экспериментальные;
• метод сравнения;
• метод моделирования.

Полевые методы представляют собой наблюдение за функционированием организмов в их естественной среде обитания.

Исторический метод помогает на основе данных о современном органическом мире и его прошлом познать процессы развития живой природы.

Экспериментальные методы включают в себя варьирования различных факторов, влияющих на организмы, по выработанной программе в стационарных лабораторных условиях.

Метод сравнения позволяет выявить организмов.

Методы моделирования позволяют прогнозировать развитие различных процессов взаимодействия живых систем между собой и с их окружающей средой.

Биологическая классификация

Научная классификация — научная дисциплина, в задачи которой входит разработка принципов классификации живых организмов и практическое применение этих принципов к построению системы. Под классификацией здесь понимается описание и размещение в системе всех живых и вымерших организмов.

Биологическая безопасность

Биологическая безопасность — это сохранение функционирования живых систем, их целостности, биологических функций, взаимосвязей с другими системами, предотвращения широкомасштабной потери биологической целостности, которая может иметь место в результате интродукции видов в экосистемы, загрязнение окружающей среды (воды, почвы, воздуха) и др.

Литература

• Энгельс Ф. Диалектика природы. К., 1953; Дарвин Ч. Происхождение видов. К.-X., 1949; Тимирязев К. А. Избранные произведения. В 4 т. К.-X., 1949; Ламарк Ж.-Б. Философия зоологии, т. 1 — 2. Пер. с франц. М.-Л., 1935-37; Мечников И. И. Избранные биологические произведения. М., 1950.
• King, TJ & Roberts, MBV (1986). Biology: A Functional Approach. Thomas Nelson and Sons. ISBN 978-0-17-448035-8 . Mazzarello, P (1999). «A unifying concept: the history of cell theory». Nature Cell Biology 1: E13-E15. doi: 10.1038 / 8964