Области биологии
Биология — одна из самых бурно развивающихся наук и в этой области в минувшем году произошло немало крайне интересных событий. Обозреватель интернет-журнала "Хайтек" Сергей Коленов выбрал 10 главных открытий 2017 года в области биологии и медицины, которые в существенной мере повлияют на наше будущее.
1. Конец эпохи антибиотиков
2017 год показал, что эра антибиотиков, длившаяся почти столетие, подошла к концу. Бактерии научились вырабатывать устойчивость к известным препаратам, а на разработку новых нет ни времени, ни достаточных средств. Врачи и ученые рисуют мрачные прогнозы: если ничего не предпринять, микроорганизмы убьют человечество намного раньше, чем изменения климата. Однако эту угрозу все еще не воспринимают всерьез. Причина появления супербактерий — в скорости размножения микроорганизмов и их способности обмениваться генетической информацией. Единственная бактерия, у которой появился ген устойчивости к лекарствам, поделится им с сородичами. Чтобы позволить человечеству выжить, исследователи ищут замену привычным препаратам. Для борьбы с супербактериями предлагают использовать CRISPR, наночастицы и новые, более мощные антибиотики. Разработка этих и других методов возможна только благодаря исследованиям молекулярных механизмов появления устойчивости.
2. Уточнено время появления жизни
Вопрос о том, как появилась жизнь на Земле — один из важнейших в биологии. Точные даты и условия возникновения жизни остаются предметом дискуссий. В ушедшем году исследователи из Австралии изучили горные породы возрастом 3,48 млрд лет и выявили в них следы микроорганизмов. Это значит, что примитивные формы жизни могли появиться еще раньше — около 4 млрд лет назад. Интересно, что изученные горные породы принадлежат к сухопутным отложениям — а значит, колыбелью жизни мог быть не океан, а горячие источники на суше. Также в ушедшем году ученые исследовали молекулярные механизмы, которые сопровождали ранние этапы появления живых организмов. В частности, была поставлена под сомнение популярная гипотеза РНК-мира: согласно новым исследованиям, в возникновении жизни равное участие принимали РНК и белки.
3. Появление нового вида птиц
Обычно эволюция — очень долгий процесс, почти незаметный для человеческого взгляда. На то, чтобы какой-то признак закрепился в популяции, требуются сотни и тысячи лет. Поэтому ученые вынуждены иметь дело со свидетельствами эволюции, запечатленными в окаменелостях и ДНК, а обыватели сомневаются в реальности эволюции. Превращение одних видов в другие случается еще реже, и наблюдать за подобным — настоящая удача, которая проливает свет на многие загадки эволюции. В уходящем году исследователи объявили, что им удалось увидеть рождение нового вида птиц.
Открытие было сделано в культовом для всех биологов месте — на Галапагосских островах, вдохновивших Чарльза Дарвина на создание его теории. Супруги Розмари и Питер Грант, орнитологи из Принстонского университета, сорок лет изучали здесь дарвиновых вьюрков. Во время работы на островке Дафне они обнаружили, что к местным видам вьюрков присоединился пришелец с отдаленного острова Эспаньола, самец вида Geospiza conirostris, получивший прозвище Большая Птица. Из-за отсутствия самок своего вида, он спаривался с местными птицами. Потомки этих союзов настолько отличаются от других вьюрков по песне и внешнему облику, что могут быть признаны новым видом.
4. Эволюция признана бесконечной
В 2017 году отметил юбилей один из самых длительных эксперментов в истории биологии. Исследователи под руководством микробиолога Ричарда Ленски уже 30 лет наблюдают за развитием бактерий кишечной палочки Escherichia coli. За это время успело смениться 67 000 поколений, что соответствует миллиону лет человеческой эволюции. Несмотря на почтенный возраст, эксперимент продолжается и приносит новые открытия.
ализ его результатов, проведенный в прошедшем году, опроверг одну из популярных в современной биологии идей. По мнению многих экспертов, у адаптации есть предел: после того как вид идеально приспособится к стабильной среде обитания, его эволюция остановится. Однако десятилетия наблюдений за микроорганизмами доказали, что эволюция будет продолжаться даже в этом случае, а предела приспособляемости не существует. Это больше соответствует взглядам Чарльза Дарвина, нежели представлениям современных специалистов.
5. Новые признаки кризиса биоразнообразия
Многие исследователи склоняются к тому, что мы живем в эпоху Шестого массового вымирания — крупнейшего со времен исчезновения динозавров 65 млн лет назад. Скорость вымирания видов в настоящее время намного выше, чем когда-либо за последние миллионы лет — процесс уже называют «биологической аннигиляцией», и в нем виноват человек, уничтожающий животных, растения и среду их обитания. Одним из самых тревожных фактов, ставших известными науке в уходящем году, стал результат исследования голландских экологов, которые изучали численность летающих насекомых в Германии. Они обнаружили, что всего за 28 лет она сократилась на 76%, причем для летних месяцев эта цифра достигает 82%.
Ученые по всему миру и раньше подозревали, что насекомых становится меньше, но такая строгая и пугающая оценка дана впервые. Особенно неприятно, что исследование проводилось на территории заповедников, где вмешательство людей в природу ограничено. Авторы обнаружили, что вымирание насекомых нельзя объяснить ни погодными условиями, ни особенностями ландшафта. Возможно, виноваты изменения климата или использование пестицидов. Исчезновение насекомых — очень тревожный сигнал, ведь они служат кормом для многих других видов и являются важными опылителями, без которых погибнут не только дикие растения, но и сельское хозяйство.
6. Ученые научились выборочно стирать воспоминания
Нейробиология развивается быстрее, чем какая-либо другая отрасль биологии. В 2017 году было сделано множество удивительных открытий о том, как работает мозг: ученые выяснили, какое действие на него оказывают смартфоны, открыли в нем систему самоочищения и узнали, что люди, как и ИИ, способны к глубокому обучению. Среди этих новостей трудно выделить главную, но, возможно, таковой следует назвать новый шаг к управлению памятью. Экспериментируя с морским моллюском аплизией — классическим модельным объектом для изучения памяти — ученые научились выключать записанные в нейронах воспоминания. Для этого нужно было блокировать в нужных клетках фермент протеинкиназу М. В будущем исследование может помочь людям, страдающим от болезненных воспоминаний. Особенно эффективным этот прием может быть в борьбе с посттравматическим синдромом.
7. Диета способна вылечить диабет
Распространение диабета приняло характер настоящей эпидемии: по некоторым прогнозам, к середине века от него будут страдать до трети жителей США. Основной прирост составляет диабет 2-го типа, который связывают с излишним весом и неправильным питанием. На ранних стадиях врачи рекомендуют контролировать его с помощью диеты. Однако, как показало исследование ученых из Йельского университета, жесткие ограничения в питании могут даже полностью излечить диабет 2-го типа.
Свидетельства этому появлялись и ранее, но тщательное исследование было проведено впервые. Как оказалось, диета делала печень более восприимчивой к инсулину за счет снижения количества жира и препятствовала выработке глюкозы из других веществ. В эксперименте с грызунами положительные изменения начинались всего через 3 дня после введения ограничений в питании. Эти выводы подтверждаются работой ученых из Университета Глазго. Исследование с участием 300 пациентов показало, что сокращение числа потребляемых в день калорий до 800 на срок от 3 до 5 месяцев может полностью вылечить диабет без лекарств.
8. Разработан эффективный мужской контрацептив
Ученые давно пытались создать эффективный и удобный контрацептив для мужчин, подобный женским противозачаточным таблеткам. Презервативы, распространенное сегодня решение, кажутся многим неудобными и снижающими качество секса, а вазэктомия слишком радикальна. В результате в большинстве пар забота о предохранении ложится на женские плечи, либо используются ненадежные методы типа прерванного полового акта. В 2017 году, похоже, на этом направлении удалось достичь прорыва.
Команда ученых применила для контрацепции гель, который вводится в семявыносящие протоки и блокирует их, в результате чего сперма остается в организме и рассасывается. Двухлетние испытания на макаках показали 100-процентную эффективность препарата, а также отсутствие побочных эффектов вроде воспаления. Действие геля обратимо: «пробки» можно удалить, подействовав на них ультразвуком. Альтернативное решение использует гормоны, как в женских контрацептивах. Гель, содержащий прогестин и тестостерон, необходимо втирать в плечи, в результате чего число сперматозоидов падает до значений, при которых беременность невозможна. Масштабные испытания препарата начнутся в 2018 году. Исследователи надеются, что, в отличие от предыдущих гормональных мужских контрацептивов, их разработка не будет вызывать перепады настроения и другие неприятные последствия.
9. Более совершенные протезы
Создание сложных современных протезов — область, где медицина и биология встречаются с искусственным интеллектом и высокими технологиями. Разработчики искусственных конечностей уже не удовлетворяются созданием удобных и легких протезов, теперь их цель — сделать протезы столь же функциональными и ловкими, как настоящие человеческие руки. В 2017 году ученым и инженерам удалось приблизиться к решению этой задачи. Роборука, созданная сотрудникам Технологического института штата Джорджия, позволяет владельцу двигать каждым пальцем по отдельности. Эта возможность достигается за счет взаимодействия между протезом и мышцами в оставшейся части руки. Внедренный в руку ультразвуковой зонд определяет, какие из них движутся, и с помощью особого алгоритма переводит эту информацию в движения пальцев. Устройство достаточно совершенно, чтобы с его помощью можно было сыграть на пианино .
10. Поиски жизни в космосе
Интерес к космосу в последние годы стабильно растет, и вопрос «Одиноки ли мы во Вселенной?» вспыхнул с новой силой. Каждая пресс-конференция NASA 2017 года сопровождалась ожиданиями, что нам вот-вот объявят о находке внеземной жизни. Увы, в уходящем году этого так и не произошло. Однако ученые усовершенствовали способы поиска признаков жизни в космосе с помощью биомаркеров и разработали новые проекты миссий к потенциально обитаемым мирам, например, спутнику Сатурна Энцеладу.
Одной из главных надежд года стало открытие семи землеподобных планет в системе TRAPPIST-1, из которых шесть находятся в потенциально обитаемой «зоне Златовласки» (позже была обнаружена еще одна, у красного карлика Росс 128). Однако некоторые исследователи считают, что жизнь там невозможна: степень УФ-излучения звезды слишком велика и не оставляет возможности для существования атмосферы и углеродной жизни. Другим разочарованием стало открытие шотландских ученых, которые доказали, что поверхность Марса токсична для бактериальной жизни. Тем не менее, астрономы и биологи считают, что внеземная жизнь будет обнаружена уже через 10-15 лет.
Вы также можете подписаться на мои страницы:
— в фейсбуке: https://www.facebook.com/podosokorskiy
— в твиттере: https://twitter.com/podosokorsky
— в контакте: http://vk.com/podosokorskiy
— в инстаграм: https://www.instagram.com/podosokorsky/
— в телеграм: http://telegram.me/podosokorsky
— в одноклассниках: https://ok.ru/podosokorsky
Источник: philologist.livejournal.com
БИОЛОГИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ
Вплоть до начала 20 в. биологи были убеждены в том, что все живое принципиально отличается от неживого и в этом отличии есть какая-то тайна. В настоящее время благодаря значительно возросшему объему знаний в области химии и физики живой материи стало ясно, что жизнь может быть объяснена в обычных понятиях химии и физики. Ниже кратко излагаются основные концепции современной биологии, касающиеся самого феномена жизни.
Биогенез.
Все живые организмы происходят только от других живых организмов, и из этого правила нет исключений. Не совсем ясно, можно ли считать живыми субмикроскопические фильтрующиеся вирусы, но нет сомнений в том, что появление их в большом количестве в среде возможно только за счет размножения тех вирусов, которые уже попали туда раньше. Из невирусного вещества вирусы не возникают.
Клеточная теория.
Одно из наиболее фундаментальных обобщений современной биологии – это клеточная теория, согласно которой все живые существа, включая растения и животных, состоят из клеток и продуктов выделения клеток, а новые клетки образуются путем деления существующих. Все клетки демонстрируют также сходство в основных компонентах химического состава и в основных метаболических реакциях, а активность всего организма представляет собой сумму индивидуальных активностей составляющих этот организм клеток и результатов их взаимодействия.
Генетические механизмы и эволюция.
Генетическая теория гласит, что признаки особей каждого поколения передаются следующему поколению через единицы наследственности, называемые генами. Крупные сложные молекулы ДНК состоят из четырех типов субъединиц, называемых нуклеотидами, и имеют структуру двойной спирали. Информация, содержащаяся в каждом гене, закодирована особым порядком расположения этих субъединиц. Поскольку каждый ген состоит примерно из 10 000 нуклеотидов, выстроенных в определенной последовательности, существует великое множество комбинаций нуклеотидов, а соответственно и множество различных последовательностей, являющихся единицами генетической информации.
Определение последовательности нуклеотидов, образующих определенный ген, стало теперь не только возможным, но даже довольно обычным делом. Более того, ген можно синтезировать, а затем клонировать, получив таким образом миллионы копий. Если какое-то заболевание человека вызвано мутацией гена, который в результате не функционирует надлежащим образом, в клетку может быть введен нормальный синтезированный ген, и он будет выполнять необходимую функцию. Эта процедура называется генной терапией. Грандиозный проект «Геном человека» призван выяснить нуклеотидные последовательности, образующие все гены человеческого генома.
Одно из важнейших обобщений современной биологии, формулируемое иногда как правило «один ген – один фермент – одна метаболическая реакция», было выдвинуто в 1941 американскими генетиками Дж.Бидлом и Э.Тейтемом. Согласно этой гипотезе, любая биохимическая реакция – как в развивающемся, так и в зрелом организме – контролируется определенным ферментом, а фермент этот в свою очередь контролируется одним геном. Информация, заложенная в каждом гене, передается от одного поколения другому специальным генетическим кодом, который определяется линейной последовательностью нуклеотидов. При образовании новых клеток каждый ген реплицируется, и в процессе деления каждая из дочерних клеток получает точную копию всего кода. В каждом поколении клеток происходит транскрипция генетического кода, что позволяет использовать наследственную информацию для регуляции синтеза специфических ферментов и других белков, существующих в клетках.
В 1953 американский биолог Дж.Уотсон и британский биохимик Ф.Крик сформулировали теорию, объясняющую, каким образом структура молекулы ДНК обеспечивает основные свойства генов – способность к репликации, к передаче информации и мутированию. На основании этой теории оказалось возможным сделать определенные предсказания о генетической регуляции синтеза белка и подтвердить их экспериментально.
Развитие с середины 1970-х годов генной инженерии, т.е. технологии получения рекомбинантных ДНК, значительно изменило характер исследований, проводимых в области генетики, биологии развития и эволюции. Разработка методов клонирования ДНК и проведения полимеразной цепной реакции позволяют получать в достаточном количестве необходимый генетический материал, включая рекомбинантные (гибридные) ДНК. Эти методы используются для выяснения тонкой структуры генетического аппарата и отношений между генами и их специфическими продуктами – полипептидами. Вводя в клетки рекомбинантную ДНК, удалось получить штаммы бактерий, способные синтезировать важные для медицины белки, например человеческий инсулин, гормон роста человека и многие другие соединения.
Значительный прогресс был достигнут в области изучения генетики человека. В частности, проведены исследования таких наследственных болезней, как серповидноклеточная анемия и муковисцидоз. Изучение раковых клеток привело к открытию онкогенов, превращающих нормальные клетки в злокачественные. Исследования, проводимые на вирусах, бактериях, дрожжах, плодовых мушках и мышах, позволили получить обширную информацию, касающуюся молекулярных механизмов наследственности. Теперь гены одних организмов могут быть перенесены в клетки других высокоразвитых организмов, например мышей, которые после такой процедуры называются трансгенными. Чтобы осуществить операцию по внедрению чужеродных генов в генетический аппарат млекопитающих, разработан целый ряд специальных методов.
Одно из наиболее удивительных открытий в генетике – это обнаружение двух типов входящих в состав генов полинуклеотидов: интронов и экзонов. Генетическая информация кодируется и передается только экзонами, функции же интронов до конца не выяснены.
Витамины и коферменты.
Открытие этих веществ, которые не являются солями, белками, жирами или углеводами, но вместе с тем необходимы для полноценного питания, принадлежит американскому биохимику польского происхождения К.Функу. С 1912, когда Функ обнаружил витамины, началось интенсивное исследование их роли в метаболизме и выяснение того, почему в пищевом рационе одних организмов должны обязательно присутствовать определенные витамины, а в рационе других их может и не быть. Сейчас твердо установлено, что соединения, которые мы относим к витаминам, необходимы для нормального метаболизма всех живых существ, включая бактерии, зеленые растения и животных, однако, если некоторые организмы способны синтезировать эти соединения сами, другие должны получать их с пищей в готовом виде. Для многих витаминов в настоящее время уже выяснена их специфическая роль в метаболизме. Во всех случаях они функционируют как часть большой молекулы вещества, названного коферментом. Кофермент служит своего рода партнером фермента и субстратом для осуществления некоторых реакций. Авитаминоз, возникающий при недостаточности того или иного витамина, есть следствие нарушений в метаболизме, вызванных нехваткой кофермента.
Гормоны.
Термин «гормон» был предложен в 1905 английским физиологом Э.Старлингом, который определил его как «любое вещество, в норме выделяемое клетками в какой-то одной части тела и переносимое кровью в другие части тела, где оно проявляет свое действие во благо всего организма». Можно сказать, что эндокринология (изучение гормонов) началась с 1849, когда немецкий физиолог А.Бертольд осуществил пересадку семенников от одной птицы к другой и предположил, что эти мужские половые железы выделяют в кровь какое-то вещество, определяющее развитие вторичных половых признаков. Само же это вещество – тестостерон – было выделено в чистом виде и описано только в 1935.
Животные (как позвоночные, так и беспозвоночные) и растения вырабатывают большое число разных гормонов. Все гормоны образуются в каком-то небольшом участке организма, а потом переносятся в другие его части, где, присутствуя в очень низких концентрациях, оказывают исключительно важное регуляторное и координирующее действие на активность клеток. Таким образом, основная роль гормонов – это химическая координация, дополняющая координацию, осуществляемую нервной системой.
Экология.
Согласно одной из важнейших обобщающих концепций современной биологии, все живые организмы, обитающие в определенном месте, тесно взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой. Определенные виды растений и животных распределены в пространстве не случайным образом, а образуют взаимозависимые сообщества, состоящие из продуцентов, консументов и редуцентов и связанные с определенными неживыми компонентами среды. Подобные сообщества могут быть выявлены и охарактеризованы по доминирующим видам; чаще всего это виды растений, дающие пищу и укрытие другим организмам. Экология призвана ответить на вопросы – почему те или иные виды растений и животных образуют определенное сообщество, как они взаимодействуют между собой и как влияет на них человеческая деятельность.
Особенности живых организмов.
Живые организмы не содержат какого-либо особого химического элемента, которого не было бы в неживой природе. Наоборот, основные составляющие их элементы – углерод, водород, кислород и азот – довольно широко распространены на Земле. В очень небольших количествах в составе живых организмов присутствует, кроме того, множество других химических элементов. Все живые существа в большей или меньшей степени могут быть охарактеризованы по таким признакам, как размеры, форма тела, раздражимость, подвижность, а также особенности метаболизма, роста, размножения и адаптаций. Способность растений и животных приспосабливаться к своей среде позволяет им выживать при тех изменениях, которые происходят во внешнем мире. Адаптация может включать как очень быстрые изменения состояния организма, определяемые клеточной раздражимостью, так и очень длительные процессы, а именно появление мутаций и их естественный отбор.
Биологические ритмы.
Многие проявления жизнедеятельности организмов имеют циклический характер. Существуют, например, сезонные циклы в динамике численности некоторых видов; известны также циклические явления в жизни популяций, повторяющиеся каждый год, каждый лунный месяц, каждый день или каждый морской прилив (или отлив). Многие биологические функции отдельно взятого организма тоже имеют периодическую природу, например, чередование сна и бодрствования. По крайней мере некоторые из этих циклов, по-видимому, регулируются внутренними биологическими часами.
Происхождение жизни.
Современные теории возникновения мутаций, естественного отбора и популяционной динамики дают объяснение того, как произошли современные животные и растения от ранее существовавших форм. Вопрос о первоначальном происхождении жизни на Земле рассматривался многими биологами. Некоторые из них считали, что формы жизни были принесены из космоса, с других планет. Сторонники подобной точки зрения ссылаются на обнаруженные в 1961 и 1966 структуры в метеоритах, напоминающие окаменелости микроскопических организмов.
Теорию происхождения первых живых существ из неживой материи развивали немецкий физиолог Э.Пфлюгер, английский генетик Дж.Холдейн и русский биохимик А.И.Опарин.
Известен целый ряд реакций, посредством которых можно получить органические вещества из неорганических. Американский химик М.Калвин экспериментально показал, что излучение с высокой энергией, например космические лучи или электрические разряды, могут способствовать образованию органических соединений из простых неорганических компонентов. В 1953 американские химики Г.Юри и С.Миллер обнаружили, что некоторые аминокислоты, например глицин и аланин, и даже более сложные вещества могут быть получены из смеси паров воды, метана, аммиака и водорода, через которую всего лишь в течение недели пропускают электрические разряды.
Спонтанное зарождение живых организмов в той обстановке, которая существует на Земле в настоящее время, в высшей степени маловероятно, однако оно вполне могло произойти в прошлом. Все дело в различии условий, существовавших тогда и сейчас.
До того, как на Земле возникла жизнь, органические соединения могли накапливаться, поскольку, во-первых, не существовало плесневых грибов, бактерий и других живых существ, способных их потреблять, а во-вторых, они не подвергались спонтанному окислению, так как в атмосфере тогда отсутствовал кислород (или его было очень мало). Сейчас разработаны вполне правдоподобные теории, позволяющие объяснить, как органические вещества могли возникать в результате простых химических реакций, индуцированных электрическими разрядами, ультрафиолетовым излучением и другими физическими факторами, как эти молекулы могли затем образовать в море разбавленный бульон и как в результате их длительного взаимодействия формировались жидкие кристаллы, а затем и более сложные молекулы, по размерам приближающиеся к белкам и нуклеиновым кислотам. Процесс, аналогичный естественному отбору, мог действовать уже среди этих еще не живых, но уже очень сложных молекул. Дальнейшее объединение молекул белков и нуклеиновых кислот могло привести к появлению организмов, напоминающих ныне существующие вирусы, от которых, возможно, произошли бактерии, давшие в конце концов начало растениям и животным. Другим крупным шагом в ранней эволюции было развитие белково-липидной мембраны, которая окружала скопление молекул и позволяла одни молекулы накапливать, а другие, наоборот, выбрасывать наружу.
Все эти доводы привели ученых к заключению, что возникновение жизни на нашей планете – это событие не только вполне естественное и возможное, но и почти неизбежное. Более того, количество уже известных галактик, а соответственно и планет во Вселенной столь велико, что существование на многих из них условий, пригодных для жизни, представляется весьма вероятным. Не исключено, что жизнь на этих планетах действительно существует. Но если жизнь где-то возможна, то по прошествии достаточного времени она должна появиться и дать широкое разнообразие форм. Некоторые из этих форм могут сильно отличаться от тех, что встречаются на Земле, но другие могут быть очень похожими. Теория происхождения жизни может быть сведена к следующим тезисам: 1) органические вещества образуются из неорганических в результате воздействия физических факторов окружающей среды; 2) органические вещества взаимодействуют друг с другом, образуя все более сложные комплексы, из которых постепенно формируются ферменты и самовоспроизводящиеся системы, напоминающие гены; 3) сложные молекулы становятся более разнообразными и объединяются в примитивные, похожие на вирусы организмы; 4) вирусоподобные организмы постепенно эволюционируют и дают начало растениям и животным.
Источник: www.krugosvet.ru
Биология (греч. βίοσ (bios) — жизнь, λόγος (logos) — слово; наука) — совокупность наук о живой природе, о животных, населяющих Землю или уже вымерли, их функции, развитие особей и родов, наследственность, изменчивость, взаимные отношения, систематику, распространение на Земле, о связи между живыми существами и живых существ из неживой природой. Биология устанавливает общие закономерности, свойственные жизни во всех его проявлениях.
История становления и развития
Термин «биология» был введен в науку французским биологом Ж.-Б. Ламарком.
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, Асир-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 (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, углубило представление 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.), накопления и дифференциации знаний сформировалось много специальных биологических наук. Так, в ботанике и зоологии появляются разделы, изучающие отдельные систематические группы, развиваются эмбриология, гистология, микробиология, палеонтология, биогеография и т.д. 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 объединяют понятием физико-химическая биология), клеточный (клеточная биология), уровень организмов (анатомия, физиология, эмбриология), популяционно -видовой (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.д.). 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 рубеже 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 1,5 млн. животных. Примерно столько же известно ископаемых видов. Биологи исследуют строение растений и животных, их жизненные функции, образ жизни и распространения на Земле, их историческое развитие и значение, пути использования и т.д. 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 бактерии — бактериология, о водоросли — альгология, о грибах — микология, о лишайники — лихенология, о мхи — 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 гидробиологию — науку, изучающую жизни 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 тончайшей строения тела 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, химическом составе, физиологические свойства и развитие этой основной структурной единицы живых существ.
Морфологические науки тесно переплетаются с физиологией, изучающей жизненные функции организмов, т.е. процессы их жизнедеятельности (движение, питание, дыхание, кровообращение, выделение, передачу нервного возбуждения и т.п.). С физиологией близко родственная биохимия, или физиологическая химия, которая исследует химические процессы, лежащие в основе обмена веществ, проводит химический анализ тканей и различных выделений организма.
Взаимоотношения и взаимодействие организма и внешней среды изучает экология. Важным ее разделом является ценология, изучающая биоценозы. Из данных экологии и ценология исходит 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 постэмбриональный (послезародышевый). Закономерности эмбрионального развития изучает эмбриология, которая, естественно, делится на эмбриологию 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 различных систематических групп организмов-их филогению изучает филогенетика. Очень важное значение для выявления родства организмов имеет палеонтология, которая исследует ископаемые растения (палеоботаники) и ископаемых животных (палеозоологии) и их развитие на протяжении всех геологических эпох. 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 Б. — биофизики и радиобиологии.
Биологические дисциплины
Анатомия — сборная группа разделов биологии, изучающих структуру организмов или их частей на уровне выше клеточного.
Альгология — наука о водорослях, раздел ботаники.
Антропология — биологическая наука, изучающая телесную природу человека, его происхождении и дальнейшее развитие.
Бактериология — раздел микробиологии, изучающий строение, жизнь и свойства бактерий.
Биогеография — наука, изучающая закономерности географического распространения животных и растений и их группировок, а также характер фауны и флоры отдельных территорий.
Биогеоценологии — научная дисциплина, которая исследуются строение и функционирование комплексов живой и неживой природы в биогеоценозов.
Биоинженерия — отрасль биологии и медицины, занимающаяся сознательным внесением изменений в живые организмы для управления их свойствами.
Биоинформатика — область вычислительной биологии, применяет машинные алгоритмы и статистические методы для анализа больших наборов биологических данных
Биология океана — наука, раздел биологии и океанологии, изучающий жизнь морских организмов (биоты) и их экологические взаимодействия.
Биология развития — раздел биологии, изучающий причинные механизмы и движущие силы индивидуального развития (онтогенеза) организмов животных и растений.
Биометрия — совокупность методов математической обработки данных, полученных при измерении тела или отдельных органов организмов.
Бионика — использование биологических методов и структур для разработки инженерных решений и технологических методов.
Биосемиотика — наука, исследующая свойства знаков и знаковых систем (знаковые процессы) в живых системах.
Биоспелеология — раздел биологии, занимающийся изучением организмов, обитающих в пещерах.
Биофизика — область науки, изучающая физические и физико-химические явления зарождения, формирования, життедияльнисть, воспроизведение жизни на всех уровнях, начиная с молекул, клеток, органов органов и тканей, заканчивая организмами и биосферы в целом.
Биохимия — наука о химическом составе организмов и их составных частей и о химических процессах, протекающих в организмах.
Биомеханика — наука, которая изучает на основе идей и методов механики свойства биологических объектов
Биоценологии — раздел экологии, изучающий биоценозы, их возникновение, происхождение и развитие, строение и распределение в пространстве и времени, взаимоотношение с окружающей средой и между собой как самих биоценозов, так и отдельных их компонентов.
Ботаника — раздел биологии, изучающий растения, грибы и водоросли.
Ботаническая география — наука о закономерностях географического распространения растительного покрова в связи с рельефом, климатом, почвами и другими составляющими ландшафта.
Бриология — наука, изучающая мохообразные (мхи и Печеночники)
Вирусология — область науки, изучающая свойства вирусов человека, животных, растений, бактерий, грибов
Генетика — это наука о генах, наследственность и вариативность организмов.
Гидробиология — комплексная биологическая наука, изучающая население гидросферы.
Гистология — раздел биологии, изучающий строение тканей живых организмов.
Дендрология — раздел ботаники, изучающий древесные растения (деревья, кустарники и кустарники).
Эволюционная биология — отрасль биологии, изучающий происхождение видов, их изменения, разделения и возникновения биоразнообразия.
Экология — один из разделов биологии, исследующий взаимоотношения между биотическими и социальной целостности и их средой.
Эмбриология — раздел биологии развития (онтогенеза), изучающий эмбриональный период онтогенеза, т.е. эмбрионы различных видов животных, их анатомию и физиологию, закономерности их роста, развития и созревания, патологии и аномалии эмбрионов.
Эндокринология — наука о строении и функции желез внутренней секреции (эндокринных желез); по веществам, которыми производятся (гормоны) и их воздействие на организм человека (или животного)
Энтомология — научная дисциплина, изучающая насекомых. Иногда это определение приобретает более широкий смысл и включает в себя также изучение других наземных членистоногих, таких как пауки, скорпионы и клещи.
Этология — полевая дисциплина зоологии, изучающий поведение животных.
Зоология — это биологическая дисциплина, изучающая животных и их взаимосвязи с окружающей средой.
Иммунология — область биомедицинских наук, покрывающий изучения всех аспектов иммунной системы всех организмов
Ихтиология — наука о рыбах.
Клеточная биология — раздел биологии, изучающий структурно-функциональной организации прокариотических и эукариотических клеток.
Космическая биология — биологическая наука, или раздел биологии, изучающий возможность существования живых организмов в космосе и на других планетах кроме Земли.
Ксенобиология — наука о формах жизни внеземного происхождения.
Микология — наука, исследующая грибы как особую группу организмов, составляющих самостоятельное царство живой природы.
Микробиология — раздел биологии, занимающаяся изучением микроорганизмов, главным образом вирусов, бактерий, грибков, одноклеточных водорослей и простейших.
Молекулярная биология — область науки, изучающая биологические процессы на уровне биополимеров — нуклеиновых кислот и белков и их надмолекулярных структур.
Морфология — форма и структура организма.
Нейробиология — наука, изучающая устройство, функционирование, развитие, генетику, биохимию, физиологию и патологию нервной системы.
Орнитология — наука о птицах, один из разделов зоологии.
Палеонтология — наука, изучающая вымершие организмы, пытающаяся реконструировать по найденным останкам их внешний вид.
Систематика — наука о многообразии живых организмов, задачей которой является описание и приведение различных существующих и вымерших видов, их распределение.
Системная биология — Есть междисциплинарной наукой о жизни.
Синтетическая биология — наука, целью которой является создание и изучение биологических систем, не существовавших ранее.
Териология — наука о млекопитающих, один из разделов зоологии
Математическая и теоретическая биология — наука, изучающая закономерности функционирования живого, пытается формально их описать.
Токсикология — наука, изучающая ядовитые, токсичные и вредные вещества, потенциальную опасность их воздействия на организмы и экосистемы.
Физиология растений — наука, изучающая все процессы деятельности и функции растительного организма, их взаимосвязи и связи с окружающей обстановкой.
Физиология животных и человека — область науки, изучающая механизмы и закономерности всех проявлений жизнедеятельности организма, его органов, тканей, клеток и сублитинних образований, используя для изучения и объяснения этих проявлений методы и понятия физики, химии, математики и кибернетики.
Физиология грибов — наука, изучающая процессы жизнедеятельности грибов.
Исследования биологии
Цитология
Разрез животной клетки
Цитология (греч. κύτος — «вместилище», здесь: «клетка» и λόγος — «учение», «наука») — раздел биологии, изучающий живые клетки, их органоиды, их строение, функционирование, процессы клеточного размножения, старения и смерти.
Генетика
Генетика (греч. Γενητως — что происходит от кого) — наука о законах и механизмах наследственности и изменчивости. В зависимости от объекта исследования классифицируют генетику растений, животных, микроорганизмов, человека и другие, в зависимости от используемых методов — наука о генетике, экологическую генетику и другие. Идеи и методы генетики играют важную роль в медицине, сельском хозяйстве, микробиологической промышленности, а также в генетической инженерии.
Генетика как наука появилась не так давно! В 1865 году Грегор Мендель опубликовал доклад «Опыты над растительными гибридами», с этого и принято считать начало науки генетики, а Грегора Менделя за это прозвали «Отцом генетики».
Экология
Экология (греч. Οικος — дом, жилище, хозяйство, жилье, местожительства, родина и λόγος — понятие, учение, наука) — 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».
Взаимный симбиоз рыбы из рода Amphiprion, живущих среди щупалец тропических актиний. Территориальной рыбы защищает от анемоны, питающиеся актиний, и в свою очередь, язвительные щупальца анемоны защищает рыбы-клоуна от хищников.
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 и метод моделирования.
Полевые методы представляют собой наблюдения за функционированием организмов в их естественной среде обитания.
Экспериментальные методы включают в себя варьирования различных факторов, влияющих на организмы, по выработанной программе в стационарных лабораторных условиях.
Методы моделирования позволяют прогнозировать развитие различных процессов взаимодействия живых систем между собой и с окружающей их средой.
Метод сравнения позволяет выявить общие закономерности в строении и жизнедеятельности различных организмов.
Исторический метод допоматае на основе данных о современном органическом мире и его прошлое, познать процессы развития живой природы.
Биологическая классификация
Биологическая 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 существующих и вымерших организмов.
Биологическая безопасность
Биологическая безопасность — это сохранение функционирования живых систем, их целостности, биологических функций, взаимосвязей с другими системами, предотвращение широкомасштабной потери биологической целостности, которая может иметь место в результате интродукции видов в экосистемы, загрязнение окружающей среды (воды, почвы, воздуха) и т.д. ;
Похожие статьи:
|
Биология океанаБиология океана (морская биология, биологическая океанология, биологическая океанография) – наука, раздел биологии и океанологии, изучающий жизнь … |
|
Биология развитияБиология развития – раздел биологии, изучающий причинные механизмы и движущие силы индивидуального развития (онтогенеза) организмов животных и … |
|
Космическая биологияАстероиды могут приносить космические организмы на Земле Космическая биология – греч. – Биологическая наука, или раздел биологии, изучающий … |
|
БактериологияБактериология – раздел микробиологии, изучающий строение, жизнь и свойства бактерий. Бактериолог. часто делят на ряд отдельных дисциплин. Общая … |
|
Естественные наукиЕстественные науки – отрасли науки, изучающие явления окружающего мира в живой и неживой природе. К естественным наукам не относятся исследования … |
|
Математическая биологияМатематическая биология (также известная как математическое биомоделювання или биоматематика) — междисциплинарная область академических исследований, … |
Источник: mir-prekrasen.net