ЛЕКЦИЯ №1
Раздел 1. Тема 1
Вопрос 1. Биология как наука; предмет, задачи, методы, история развития.
Вопрос 2. Определение понятия «жизнь», теории происхождения жизни на Земле.
Вопрос 3. Уровни организации живой материи.
Вопрос 4. Додарвинский и дарвинский периоды в развитии биологии.
Вопрос 1. Биология как наука; предмет, задачи, методы, история развития.
Биология (греч. βιολογία; от др.-греч. βίος «жизнь» + λόγος «учение, наука» - наука или, точнее, система наук о живом. Биология исследует многообразие существующих и вымерших живых существ, их строение и функции, происхождение, эволюцию, распространение и индивидуальное развитие, связи друг с другом и с неживой природой.
Биология зародилась в античное время (Гиппократ, Аристотель, Гален), однако получила своё наименование только в 1802 году, когда термин в современном толковании был предложен французским учёным Ж. Б. Ламарком и немецким исследователем Г.Р. Тревиранусом.
Самые первые сведения о живых существах человек стал собирать, вероятно, с тех пор, когда он осознал свое отличие от окружающего мира. Уже в литературных памятниках египтян, вавилонян, индийцев и других народов содержатся сведения о строении многих растений и животных, о применении этих знаний в медицине и сельском хозяйстве. В XIV в. до н. э. многие клинописные таблички, найденные в Месопотамии, содержали сведения о животных и растениях, о систематизации животных путем разделения их на плотоядных и травоядных, а растений - на деревья, овощи, лекарственные травы и т. д. В медицинских сочинениях, созданных в IV-I вв. до н. э. в Индии, содержатся представления о наследственности как причине сходства родителей и детей, а в памятниках «Махабхарата» и «Рамаяна» дано описание ряда особенностей жизни многих животных и растений.
В период рабовладельческого строя возникают ионийская, афинская, александрийская и римская школы в изучении животных и растений.
Ионийская школа возникла в Ионии (VII-IV вв. до н. э.). Не веря в сверхъестественное происхождение жизни, философы этой школы признавали причинность явлений, движение жизни по определенному пути, доступность для изучения «естественного закона», который, по их утверждению, управляет миром. В частности, Алкмеон (конец VI - начало V в. до н. э.) описал зрительный нерв и развитие куриного эмбриона, признавал мозг в качестве центра ощущений и мышления, а Гиппократ (460-370 гг. до н. э.) дал первое относительно подробное описание строения человека и животных, указал на роль среды и наследственности в возникновении болезней.
Афинская школа сложилась в Афинах. Наиболее выдающийся представитель этой школы Аристотель (384-322 гг. до н. э.) создал четыре биологических трактата, в которых содержались разносторонние сведения о животных. Аристотель подразделял окружающий мир на четыре царства (неодушевленный мир земли, воды и воздуха, мир растений, мир животных и мир человека), между которыми устанавливалась последовательность. В дальнейшем эта последовательность превратилась в «лестницу существ» (XVIII в.). Аристотелю принадлежит, вероятно, и самая первая классификация животных, которых он подразделял на четвероногих, летающих, пернатых и рыб. Китообразных он объединил с сухопутными животными,
но не с рыбами, которых классифицировал на костных и хрящевых. Аристотеля считают основоположником зоологии.
Александрийская школа вошла в историю биологии благодаря ученым, занимающимся в основном изучением анатомии. Герофил (расцвет творчества на 300-е гг. до н. э.) оставил сведения по сравнительной анатомии человека и животных, впервые указал на различия между артериями и венами, а Эразистрат (около 250 г. до н. э.) описал полушария головного мозга, его мозжечок и извилины.
В Средние века господствующей идеологией была религия. По образному выражению классика, наука в те времена превратилась в «служанку богословия». Поэтому серьезного развития биология в этот период неполучила. Выдающийся ученый и мыслитель Средних веков Абу-Али Ибн Сина (980-1037), известный в Европе под именем Авиценны, развивал взгляды о вечности и несотворенности мира, признавал причинные закономерности в природе.
Начала активного развития биологии, как и всего естествознания, связаны с эпохой Возрождения (Ренессанса). В этот период происходит крушение феодального общества, уничтожение диктатуры церкви. Леонардо да Винчи (1452-1519) открыл гомологию органов, описал многие растения, птиц в полете, щитовидную железу, способ соединения костей суставов, деятельность сердца и зрительной функции глаза, отметил сходство костей человека и животных. Андреас Везалий (1514-1564) создал анатомический труд «Семь книг о строении человеческого тела», заложивший основы научной анатомии. В. Гарвей (1578-1657) открыл кровообращение, а Д. Борели (1608-1679) описал механизм движения животных, что заложило научные основы физиологии.
В XVI-XVII вв. стала стремительно развиваться ботаника, с изобретением микроскопа (начало XVII в.) возникла микроскопическая анатомия растений, закладываются основы физиологии растений. С XVI в. стала быстрее развиваться зоология. Большое влияние на нее в последующем оказала система классификации животных, созданная К. Линнеем (1707-1778). Введя четырехчленные таксономические подразделения (класс - отряд - род - вид), К. Линней разделил животных на шесть классов (млекопитающие, птицы, амфибии, рыбы, насекомые, черви).
В XVIII-XIX вв. закладываются научные основы эмбриологии - К.Ф. Вольф (1734-1794), К.М. Бэр (1792-1876). В 1839 г. Т. Шванн и М. Шлейден формулируют клеточную теорию.
В 1859 г. Ч. Дарвин (1809-1882) публикует «Происхождение видов». В этом труде была сформулирована теория эволюции.
В первой половине XIX в. возникает бактериология, которая благодаря трудам Л. Пастера, Р. Коха, Д. Листера и И.И. Мечникова в последующем перерастает в микробиологию как самостоятельную науку. К концу XIX в. в качестве самостоятельных наук оформляются паразитология и экология.
В 1865 г. опубликована работа Г. Менделя (1822-1884) «Опыт над растительными гибридами», в которой обосновывалось существование генов и сформулированы закономерности, в настоящее время известные как законы наследственности. После повторного открытия законов в XX в. оформляется в качестве самостоятельной науки генетика.
Важнейшим рубежом в развитии биологии в XX в. стали 40-50-е гг. В 1944 г. была открыта генетическая роль ДНК, в 1953 г. выяснена ее структура.
С открытием генетической роли ДНК и механизмов синтеза белков из генетики и биохимии произошло вычленение молекулярной биологии и молекулярной генетики, которые часто называют физико-химической биологией, основным предметом изучения которых стали структура и функция нуклеиновых кислот (генов) и белков. Возникновение этих наук означало гигантский шаг в изучении явлений жизни на молекулярном уровне организации живой материи.
В 1970-е гг. появляются первые работы по генетической инженерии, которая подняла на новый уровень биотехнологию и открыла новые перспективы перед медициной.
Современная биология представляет собой обширную систему наук о живой природе. По мере развития исходно единая биологическая наука дифференцировалась (разделялась) на отдельные биологические науки по двум принципам:
1) формировались самостоятельные науки (дисциплины) по объектам изучения (ботаника, микробиология, зоология, микология и т.д.), которые с течением времени вступали в последующие этапы дифференциации (в рамках зоологии, например, возникли зоология беспозвоночных и зоология позвоночных, протозоология, гельминтология, ихтиология, орнитология и т.д.);
2) возникали науки, изучающие отдельные свойства (проявления) жизни, на основе использования своего арсенала методов, методик и приёмов исследования (анатомия, физиология, эмбриология, молекулярная биология, биология развития, общая биология и т.д.).
Наряду с дифференциацией в развитии биологии имела место интеграция отдельных наук, в результате которой возникли биохимия, биофизика, радиобиология, цитогенетика и др. науки
Область биологии, рассматривающая универсальные для всего живого закономерности строения и функционирования, происхождения, развития и распространения живых существ получила название «Общая биология». Она включает учения о клетке и индивидуальном развитии организмов, молекулярную биологию, генетику, эволюционное учение, биоэкологию, учение о биосфере и учение о происхождении человека.
Предметом биологии являются - строение и жизнедеятельность живых организмов, происхождение, развитие и распространение живых существ на Земле, их связи друг с другом и с неживой природой. Вместе с астрономией, геологией, физикой, химией и другими науками о природе биология составляет комплекс естественных наук. В общей системе знаний об окружающем мире другую группу составляют гуманитарные, или социальные науки, изучающие закономерности развития человеческого общества.
Основная задача общей биологии - раскрытие сущности жизни, обобщение закономерностей возникновения и развития живой природы.
Как система наук биология представляет собой теоретическую основу медицины, агрономии, животноводства и всех других отраслей производства, которые связаны с живыми организмами. Многие биологические науки являются основой теоретической и практической медицины.В этом убеждают т примеры связи успехов медицины и открытий, казалось бы, в сугубо теоретических областях биологии. В частности, исследования Л. Пастера (1882 - 1895) о невозможности самозарождения жизни, его открытие роли микроорганизмов в гниении и брожении произвели переворот в медицине и обеспечили развитие хирургии благодаря введению в практику антисептики, а затем и асептики. Изучение И.И. Мечниковым процессов пищеварения у низших многоклеточных способствовало объяснению механизмов иммунитета. Развитие в XX веке науки о наследственности и изменчивости живых организмов - генетики побудило развитие генетики человека и медицинской генетики, формирование специального раздела клинической медицины - наследственной патологии, вызвало становление в системе здравоохранения сети медико-генетических консультаций.
Методы исследований.
Основными методами, используемыми в биологических науках, являются описательный, сравнительный, исторический и экспериментальный.
Описательный метод является самым старым и заключается в сборе фактического материала и его описании. Возникнув в самом начале биологического познания, этот метод долгое время оставался единственным в изучении строения и свойств организмов. Поэтому старая биология была связана с простым отражением живого мира в виде описания растений и животных, т. е. она являлась, по существу, описательной наукой. Использование этого метода позволило заложить основы биологических знаний. Описательный метод широко используется и сейчас. Изучение клеток с помощью светового или электронного микроскопа и описание выявленных при этом микроскопических или субмикроскопических особенностей в их строении представляет собой один из примеров использования описательного метода в настоящее время.
Сравнительный метод заключается в сравнении изучаемых организмов, их структур и функций между собой с целью выявления сходств и различий. Этот метод утвердился в биологии в XVIII в. и оказался очень плодотворным в решении многих крупнейших проблем. С помощью этого метода и в сочетании с описательным методом были получены сведения, позволившие в XVIII в. заложить основы систематики растений и животных (К. Линней), а в XIX в. сформулировать клеточную теорию (М. Шлейден и Т. Шванн) и учение об основных типах развития (К. Бэр).
Сравнительный метод широко применяется в разных биологических науках и в наше время. Сравнение приобретает особую ценность тогда, когда невозможно дать определение понятия. Например, с помощью электронного микроскопа часто получают изображения, истинное содержание которых заранее неизвестно. Только сравнение их со светомикроскопическими изображениями позволяет получить желаемые данные.
Исторический метод входит в биологию во второй половине XIX в. благодаря Ч. Дарвину, который позволил поставить на научные основы исследование закономерностей появления и развития организмов, становления структуры и функций организмов во времени и пространстве.
Исторический метод превратил биологию из науки чисто описательной в науку, объясняющую, как произошли и как функционируют многообразные живые системы. Благодаря этому методу биология поднялась сразу на несколько ступеней выше. В настоящее время исторический метод вышел, по существу, за рамки метода исследования. Он стал всеобщим подходом к изучению явлений жизни во всех биологических науках.
Экспериментальный метод заключается в активном изучении того или иного явления путем эксперимента. Нельзя не отметить, что вопрос об опытном изучении природы как новом принципе естественно-научного познания, т. е. вопрос об эксперименте как одной из основ в познании природы, был поставлен еще в XVII в. Его введение в биологию связано с работами В. Гарвея в XVII в. по изучению кровообращения. Однако экспериментальный метод широко вошел в биологию лишь в начале XIX в., причем через физиологию, в которой стали использовать большое количество инструментальных методик, позволявших регистрировать и количественно характеризовать приуроченность функций к структуре.
