Лекция № 1. БИОЛОГИЯ КАК НАУКА. ПЛАН. 1. Биология. Предмет и задачи изучения. 2. Классификация биологических наук. 3. История развития биологии. 4. История развития биологии. 1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ. БИОЛОГИЯ (от греч. Bios - жизнь, logos - наука) - совокупность наук о живой природе. Предмет изучения - все проявления жизни: строение и функции живых веществ и их природных сообществ, распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и с неживой природой. Задачи: - изучение закономерностей этих проявлений; - раскрытие сущностей жизни; - систематизация живых существ. Биология - естественная наука. Как и другие науки она возникла и развивалась в связи с желанием человека познать окружающий его мир, а также в связи с материальными условиями жизни общества, развитием общественного производства, медицины, практическими потребностями людей. Термин «биология» предложен в 1802 году Жаном-Батистом Ламарком и Грегором Тревиранусом независимо друг от друга. Но впервые он упоминается в 1797 году немецким профессором анатомии Теодором Фузом и в 1800 году Карлом Пудахом. Для живой природы характерно сложное иерархическое соподчинение уровней организации ее структур. Вся совокупность органического мира Земли вместе с окружающей средой образует биосферный уровень, который складывается из биогеоценозов (биогеоценотический уровень); свободно скрещивающиеся между собой особи одного и того же вида образуют популяции (популяционно-видовой уровень), составляющие их особи (организменный) у многоклеточных состоят из органов и тканей (органнотканевой), образованных различными клетками (клеточный), состоящими из внутриклеточных структур и молекул (молекулярный, атомный). 2. КЛАССИФИКАЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК. Биология - это комплексная наука, ставшая в наше время результатом дифференциации и интеграции различных биологических наук. Если образно представить структуру биологии в виде «слоеного пирога», то его можно разрезать на куски 2 способами: 1. делить по горизонтали - и мы получим фундаментальные науки (морфология, физиология, генетика, эволюция, эмбриология, экология и т. д.); 1 2. делить по вертикали - таксономические науки, занимающиеся изучением естественных групп живых организмов. Среди этих наук: ботаника, зоология, микробиология. Морфология Физиология Генетика Эмбриология Экология и т. д. Ботаника Микробиология Орнитология и т. д. Таксономические науки. 1) ботаника: - альгология (водоросли), - бриология (мхи), - птеридология (папоротники), - дендрология (кустарники, деревья), - микология (грибы), - вирусология, - лихенология (лишайники). 2) зоология: - протозоология, -зоологиябеспозвоночных, зоология позвоночных, более дробно: энтомология, герпетология, орнитология. 3) микробиология: (бактерии). Фундаментальные науки. - Систематика (классификация и филогения), - морфология (внешнее строение), - анатомия (внутреннее строение), - гистология, - эмбриология (половые элементы, развитие зародыша), -палеонтология, - физиология (жизнедеятельность и функции), - биохимия (химический состав и биохимические процессы), - экология (взаимоотношение между организмами и со средой), - биогеография. В результате интеграции наук возникли биохимия, биофизика, радиобиология, цитогенетика, космическая биология и другие науки. Ведущее положение в современном комплексе биологических наук занимает физико-химическая биология. Биология относится к ведущим отраслям естествознания. Высокий ее уровень служит условием прогресса. Дифференциация науки приводит к углублению ее познания. Для уяснения биологических основ развития, жизнедеятельности и экологии конкретных представителей животного и растительного мира неизбежно обращение к общим 2 вопросам сущности жизни, уровням ее организации, механизмам существования жизни во времени и пространстве. Наиболее универсальные свойства и закономерности развития и существования организмов и их сообществ изучает общая биология. 3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ БИОЛОГИИ. Основными методами, используемыми в биологических науках, являются: описательный, сравнительный, исторический, экспериментальный. А) Описательный - самый старый, основан на наблюдении за организмами. Он заключается в сборе и описании фактического материала. Описательный метод широко используется в наше время в ботанике, зоологии, цитологии, экологии. Изучение клеток с помощью светового или электронного микроскопа и описание выявленных при этом микроскопических особенностей в их строении - пример описательного метода. Б) Сравнительный - заключается в сравнении изучаемых организмов, их структур и функций между собой с целью выявления сходств и различий. Этот метод утвердился в биологии в 18 веке. Благодаря этому методу и описательному методу были заложены основы систематики растений и животных, сформулирована клеточная теория. Этот метод приобретает ценность, когда невозможно дать определение понятия. В) Исторический - введен во второй половине 19 века Ч. Дарвиным. Этот метод превратил биологию из описательной науки в обьясняющую. На научную основу поставлено исследование закономерностей появления и развития организмов, становление структуры и функций организмов во времени и в пространстве. Г) Экспериментальный - заключается в активном изучении того или иного явления путем эксперимента. В биологии одним из первых этот метод начал использовать в 17 веке Гарвей - изучение кровообращения. Широко использоваться начал эксперимент в 19 веке: работы физиологов, генетиков. Примерно с 40-х годов 20 века экспериментальный метод в биологии начал усовершенствоваться за счет культивирования соматических клеток, выделения биологических мутантов. Этот метод обогатился методами физики и химии: использование электронных приборов, метод меченных атомов, рентген структурного анализа, спектрафотометрии, хроматографии. 4. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ БИОЛОГИИ. Как и другие науки, она возникла и всегда развивалась в связи с желанием человека познать окружающий его мир, а также в связи с материальными условиями жизни общества, развитием общественного производства, медицины, практическими потребностями людей. Самые первые сведения о живых существах человек стал собирать с тех пор, как осознал свое отличие от окружающего мира. В литературных памятках 3 египтян, вавилонян, индейцев содержатся сведения о строении растений и животных. В 14 веке до н. э. клинописные таблицы в Месопотамиии содержали сведения о животных, растениях, систематизации животных на плотоядных и травоядных. В медицинских сочинениях, созданных в 6-1 вв до н. э. В Индии содержатся представления о наследственности. В период рабовладельческого строя возникают школы изучения животных и растений: а) ионийская школа возникла в Ионии 7-6 вв до н. э. Философы считали, что миром управляет «естественный закон». Был описан зрительный нерв, куриный эмбрион, а мозг считали центром мышления и ощущения. Гиппократ дал подробное описание строения человека и животных и указал роль среды и наследственности в возникновени болезней; б) афинская школа. Аристотель создал 4 тракта, в которых содержались разносторонние сведения о животных, была сделана 1 классификация животных: четвероногие, летающие, пернатые, рыбы. (Костные и хрящевые). Аристотель дал описание наружных и внутренних органов человека, половых различий у животных, происхождения пола, образа жизни животных. Теофраст - сведения о строении и размножении растений, различия между однодольными и двудольными, ввел термины - «плод», «околоплодник». Он основоположник ботаники; в) александрийская школа - ученые занимались изучением анатомиии человека и животных, различия между артериями и венами, описаны полушария и извилины головного мозга, мозжечок; г) римская школа - коллекционировала сведения, добытые греками: целебные свойства растений. К. Гален дал первое сравнительно-анатомическое описание человека и обезьяны. В средние века господствовала религия, поэтому большого развития науки не происходило. - В России в 11 в сведения о растениях и животных были обобщены в «Поучении Владимира Мономаха». - Абу-Али ибн Сина (Авиценно) - признавал причинные закономерности в природе. Эпоха возрождения. - Леонардо да Винчи - гомология органов, описал многие растения, поведение птиц в полете, описал соединение костей суставами, открыл щитовидную железу, отметил сходство костей человека и животных. - Андрес Вуалий - «семь книг о строении человеческого тела». - Гарвей - открыл кровообращение. - Порелли - механизмы движения животных, что заложило научные основы физиологии. 4 Быстрое накопление научных данных о живых организмах вело к дифференциации биологических знаний, к разделению биологии на отдельные науки по обьектам и задачам изучения. В 16-17 вв стремительно развивается ботаника, с 16 в - развивается зоология. В 17 в фундаментальную «Систему природы», основанную на признании неизменности мира, дал Линней, применив бинарную номенклатуру. - Сенебье и Соссюр - установили роль солнечного света в способности зеленых листьев выделять О2 и использовать СО2. - Спаланцанни осуществил опыты, опровергнувшие идею саморождения организиов. - Идеи исторического развития живой природы возникают все чаще. Шарль Поне развил идею «лестницы существ», которую эволюционно истолковал Ламарк. Идея развития организмов нашла убедительное подтверждение в эмбриологических исследованиях Вольфа и Пандера. В 1839 году Шлейден и Шванн обосновали клеточную теорию, которая сыграла огромную роль в понимании единства органического мира и в развитии цитологии и гистологии. В середине 19 в установлены особенности питания растений, сформулирован принцип круговорота веществ в природе (Либих, Буссенго). Сегенов заложил основы материалистического понимания высшей нервной деятельности (1863 «Рефлексы головного мозга»). Пастер окончательно опроверг возможность самозарождения современных организмов. Ивановский в 1892 году открыл вирусы. Крупнейшим завоеванием 19 века было эволюционное учение Ч. Дарвина, в котором он вскрыл механизм эволюционного процесса путем естественного отбора. Возникли новые направления: эволюционная эмбриология (Мечников, Ковалевский), изучение процессов клеточного деления, созревание половых клеток и оплодотворение и связанных с ними закономерностей распределения хромосом в митозе и мейозе породили множество теорий, искавших в ядре половых клеток носителей наследственности. Однако , закономерности наследственности, обнаруженные Менделем (1865 г.), остались незамеченными вплоть до 1900г., когда они были подтверждены и легли в основу генетики. В 1902-07 гг. Повери была сформулирована хромосомная теория наследственности, но завершил ее обоснование Морган в 1909 г. - Химическая природа генов и матричный принцип их воспроизведения сначала постулировался теоретически (Кольцов, 1927). В 1944 г. Было показано, что носителями генетической информации являются молекулы ДНК. Структура ДНК установлена в 1953 г. Уотсоном и Криком. Это привело к развитию молекулярной биологии и генной инженерии. - Физиология растений добилась успехов в изучении фотосинтеза. Павловым разработано учение об условных рефлексах и высшей нервной деятельности. 5 - Крупнейшим достижением биологи является созданное Вернадким биогеохимия и учения о биосфере (1926), Тенсль - учение об экосистемах (1935), Сукачев биогеоценология (1945). В наше время биология характеризуется исключительно широким перечнем разрабатываемых фундаментальных проблем, начиная с исследований элементарных клеточных структур и реакций, протекающих в клетках, и заканчивая познанием процессов, развернутых и развивающихся на глобальном (биосферном) уровне. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. 1. Биология - Большой энциклопедический словарь,2001. 2. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология в 3 т. М.: Мир, 1990. 3. Кемп П., Арлес К. Введение в биологию. М.: Мир, 1986. 4. Мамонтов С. Г., Захаров В. Б. Общая биология. М.: Высшая школа, 2000. (с. 317) 5. Медников П. М. Биология: формы и уровни жизни. М.: Просвещение, 1994. (с. 415) 6. Пехов А. П. Биология с основами экологии. С-П.: Издательство «Лань», 2001. 7. Пикерина В. Р. Биология. Школьный курс в 120 таблицах. М.: 1997. 8. Биология в 2 кн. (под ред. Ярыгина). М.: Высшая школа, 2001. (с. 432) 6