Предмет биологии, её структура. Общая биология и биологические науки. Основные этапы развития биологии

5 Янв 2015 | Автор: | Комментариев нет »

Современное естествознание, как мы уже говорили, представляет собой совокупность многих наук, которые тесно связаны между собой, так как они отражают единый мир. Но поскольку природный мир многообразен, то и каждая из естественных наук имеет свой предмет, изучает тот или иной вид материи. Одной из таких наук и является биология, изучающая живую материю.

Определение предмета биологии на первый взгляд ка­жется довольно простым. Биология — это наука о жи­вом, его строение, формах активности, природных сообществах живых организмов, их распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой.

Современная биологическая наука — результат длительного процесса развития. Интерес к познанию живого у человека возник очень давно, он был связан с его важнейшими потреб­ностями — в пище, лекарствах, одежде, жилье и т. д.

Но только в первых древних цивилизованных обществах люди стали изучать живые организмы более тщательно, состав­лять перечни животных и растений, населяющих разные регионы, классифицировать их. Одним из первых биологов древно­сти был Аристотель.

В настоящее время биология представляет собой целый комплекс наук о живой природе. Структуру его можно рассмат­ривать с разных точек зрения.

- По объектам исследования биология подразделяется на вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию, антропо­логию.

- По свойствам, проявлениям живого в биологии выделяют­ся: морфология — наука о строении живых организмов; физио­логия — наука о функционировании организмов; молекулярная биология, изучающая микроструктуру живых тканей и клеток; экология, рассматривающая образ жизни растений и животных и их взаимосвязи с окружающей средой; генетика, исследую­щая законы наследственности и изменчивости.

- По уровню организации исследуемых живых объектов вы­деляются: анатомия, изучающая макроскопическое строение животных: гистология, изучающая строение тканей; цитология исследующая строение живых клеток.

Эта многоплановость комплекса биологических наук обу­словлена чрезвычайным многообразием живого мира. К на­стоящему времени биологами обнаружено и описано более 1 млн видов животных, около полумиллиона растений, не­сколько сот тысяч видов грибов, более 3 тыс. видов бакте­рий. Причем мир живой природы исследован далеко не пол­ностью. Число не описанных видов оценивается по меньшей мере в 1 млн.

Важнейшим инструментом дальнейшего познания этого мира служит категория "живого", являющаяся ключевой, исход­ной для всей системы биологических наук.

В развитии биологии выделяют три основных этапа: 1) сис­тематики (К. Линней), 2) эволюционный (Ч. Дарвин), 3) биологии микромира (Г. Мендель). Каждый из них связан с изменением представлений о мире живого, причем основ биологического мышления, со сменой биологических парадигм. Благодаря раз­витию современной биологии микромира, познанию молеку­лярных структур живого отчетливее стало просматриваться един­ство природы, органического и неорганического мира, специ­фика живого.

Так что же такое жизнь, живая природа?

Интуитивно мы все понимает, что есть живое и что — мертвое. Однако при попытке определить сущность живого возникают трудности. Так, один из авторов предложил следующее "глубокомысленное" определение: живой организм — это тело, слагаемое из живых объектов; неживое тело — слагаемое из неживых объектов.

Но кроме подобных, явно бессодержательных определений, представляющих собой, по сути, тавтологию, имеются и другие, более содержательные. Однако и они на поверку оказываются неполными и потому уязвимыми. Широко известно, например, определение, данное Ф. Энгельсом, что жизнь — это способ существования белковых тел, существенным моментом кото­рого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой. И все же живая мышь и горящая свеча с физико-химической точки зрения находятся в одинаковом со­стоянии обмена веществ с внешней средой, равно потребляя кислород и выделяя углекислый газ, но в одном случае — в ре­зультате дыхания, а в другом — в процессе горения. Этот про­стой пример показывает, что обмениваться веществами с ок­ружающей средой могут и мертвые объекты. Таким образом, обмен веществ является хотя и необходимым, но недоста­точным критерием определения жизни, впрочем, как и на­личие белков.

Из всего сказанного можно сделать вывод, что дать точное определение жизни весьма непросто. И это люди поняли очень давно. Так, французский философ-просветитель Д. Дидро пи­сал: "Я могу понять, что такое агрегат, ткань, состоящая из крохотных чувствительных телец, но живой организм!... Но це­лое, система, представляющая собой единый организм, инди­видуум, сознающий себя как единое целое, выше моего пони­мания! Не понимаю, не могут понять, что это такое!"

Современная биология при описании живого идет по пути перечисления основных свойств живых организмов. При этом подчеркивается, что только совокупность данных свойств может дать представление о специфике жизни.

К числу свойств   живого обычно относят следующие.

- Живые организмы характеризуются сложной, упорядо­ченной структурой. Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах.

- Живые организмы получают энергию из окружающей среды, используя ее на поддержание своей высокой упорядо­ченности. Большая часть организмов прямо или косвенно ис­пользует солнечную энергию.

- Живые организмы активно реагируют на окружающую среду. Если толкнуть камень, то он пассивно сдвигается с мес­та. Если толкнуть животное, оно отреагирует активно: убежит, нападет или изменит форму. Способность реагировать на внешние раздражения — универсальное свойство всех живых существ, как растений, так и животных.

- Живые организмы не только изменяются, но и усложня­ются. Так, у растения или животного появляются новые ветви или новые органы, отличающиеся по своему химическому со­ставу от породивших их структур.

- Все живое размножается. Эта способность к самовоспро­изведению, пожалуй, самая поразительная способность живых организмов. Причем потомство и похоже, и в то же время чем-то отличается от родителей. В этом проявляется действие меха­низмов наследственности и изменчивости, определяющих эво­люцию всех видов живой природы.

- Сходство потомства с родителями обусловлено еще од­ной замечательной особенностью живых организмов — переда­вать потомкам заложенную в них информацию, необходимую для жизни, развития и размножения. Эта информация содер­жится в генах — единицах наследственности, мельчайших внутриклеточных структурах. Генетический материал определя­ет направление развития организма. Вот почему потомки похо­жи на родителей. Однако эта информация в процессе передачи несколько видоизменяется, искажается. В связи с этим потом­ки не только похожи на родителей, но и отличаются от них.

- Живые организмы хорошо приспособлены к среде оби­тания и соответствуют своему образу жизни. Строение крота, рыбы, лягушки, дождевого червя полностью соответствует ус­ловиям, в которых они живут.

Обобщая и несколько упрощая сказанное о специфике живого, можно отметить, что все живые организмы питаются, дышат, растут, размножаются и распространяются в природе, а неживые тела не питаются, не дышат, не растут и не размножаются.

Из совокупности этих признаков вытекает следующее обоб­щенное определение сущности живого: жизнь есть форма сущест­вования сложных, открытых систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению. Важнейшими функциональными веществами этих систем являются белки и нуклеиновые кислоты.

И наконец, еще более краткое определение жизни предло­жил американский физик Ф. Типлер в своей сенсационной книге "Физика бессмертия". "Мы не хотим, — пишет он — привязывать определение жизни к молекуле нуклеиновой ки­слоты, потому что можно вообразить себе существование жиз­ни, которая к этому определению не подходит. Если к нам в космический корабль явится внеземное существо, химическую основу которого составляют не нуклеиновая кислота, то нам все равно захочется признать его живым". Жизнь, по мнению Типлера, представляет собой лишь информацию особого рода: "Я определяю жизнь как некую закодированную информацию, которая сохраняется естественным отбором". Но если это так, то жизнь-информация является вечной, бесконечной и бес­смертной. И хотя с этим определением согласны далеко не все, его несомненная ценность состоит в попытке выделить из всех критериев жизни в качестве главного — способность живых ор­ганизмов сохранять и передавать информацию.

Учитывая сохраняющуюся дискуссионность категории жиз­ни, анализ ее признаков следует дополнить рассмотрением структуры живого, составляющих его элементов, частей.

Издавна люди пытались найти объяснение многообразию и причудливости мира. На протяжении тысячеле­тий господствовало элементарное объяснение, которое состоя­ло в том, что будто бы все виды организмов были созданы однажды в их нынешних формах и больше никогда не изменя­лись. Так сказано в Библии, таких же взглядов придерживался Аристотель. Служители христианской церкви до сих пор верят, что все многообразие организмов, населяющих Землю, явилось результатом акта божественного творения мира за шесть дней, а любое другое объяснение они воспринимают как оскорбление своей религиозной веры.

Именно под влиянием религиозной идеи о неизменности всего живого биологическая парадигма долгое время, вплоть до XVIII в., сводилась лишь к описанию многочисленных видов животных и растений. Причем это описание ограничивалось характеристикой только внешних, бросающихся в глаза при­знаков. Такова была и наиболее совершенная для своего вре­мени, но оставшаяся в рамках старой парадигмы и потому во многом искусственная, классификация, предложенная знаме­нитым шведским естествоиспытателем К. Линнеем.

Однако человек устроен так, что он осваивает мир, не по­лагаясь только на религиозную веру. Он пытается понять его также и с помощью разума, опираясь на знания, полученные путем размышлений, логических доказательств.

Используя рациональные методы, ряд ученых, например Ж.ЛЛ. Бюффон во Франции, Э. Дарвин (дед Ч. Дарвина) в Англии, И.В. Гете в Германии, М.В. Ломоносов в России при­шли к выводу, что организмы, населяющие Землю, не неиз­менны, а претерпевают эволюцию. Этот вывод позволили им сделать обнаруженные в разных местах Земли ископаемые ос­татки странных животных и растений, совершенно не похожие на современных. Находки поражали воображение людей. Им пытались дать то или иное объяснение. Некоторые высказыва­ли даже такое предположение, что ископаемые — это не остат­ки вымерших организмов, а некие предметы, которые Господь поместил в горные породы, чтобы людям интереснее было жить на свете.

Однако некоторые ученые сделали из этих открытий другие выводы: они выступали как создатели первых концепций об эволюции всего живого на Земле. Тем самым осуществилось предвидение К. Линнея, который, критически относясь к соб­ственной концепции, считал, что "искусственная система слу­жит лишь до той поры, пока не найдена естественная". И действительно, такая пора скоро настала: парадигма искусственной систематизации сменилась принципами естественной классифи­кации, основанной на теории эволюции и исходившей не толь­ко из внешнего сходства форм, но и из общности происхожде­ния, родства.

Интенсивное проникновение эволюционной парадигмы в биологию началось в конце XVIII в. благодаря работам наддаю­щегося французского биолога Ж.Б. Ламарка. Он известен не только тем, что предложил впервые термин "биология". Ламарк объяснил изменчивость видов двумя факторами: влиянием внешней среды (питание, климат, упражнение органов) и на­следственности.

Проблемы, поставленные Ламарком, были успешно решены Ч. Дар вином. В своей знаменитой работе «Происхождение ви­дов путем естественного отбора», вышедшей в 1859 г., он, обоб­щив отдельные эволюционные идеи, создал стройную, разверну­тую теорию эволюции.

С тех пор теория эволюции остается самым плодотворным продуктом биологической мысли за все время ее существования. Но время от времени, однако, появляются мыслители, объявляю­щие, что Дарвин был не прав. И все же до сих пор не появилось другой, сколько-нибудь значимой теории, которая дала бы объяс­нение многим загадочным фактам, как это сделала теория эволю­ции Ч. Дарвина, Более того, сегодня она находит все новые облас­ти применения. Так, современная физика обосновывает концеп­цию универсальной эволюции. Согласно этой теории развитие Вселенной предстаёт как ряд последовательных эволюционных этапов, начиная с так называемого Большого взрыва через пе­риод эволюции неживой материи к биологической эволюции, а от нее к этапу исторической эволюции человека и общества.

Учение о биологической эволюции есть наука о причинах, движущих силах и закономерностях изменения и развития жи­вых организмов. Эволюционное учение является теоретической основой современной биологии, обобщает результаты, полу­ченные частными биологическими науками.

С точки зрения теории эволюции, все многообразие живой природы является результатом действия трех взаимосвязанных факторов: наследственности, изменчивости и естественного отбора.

Эти выводы теории эволюции, или ее основные принципы, базируются на следующих трех наблюдениях.

- В любой популяции, виде животных наблюдается измен­чивость составляющих ее особей. В этом можно убедиться, сравнивая, например, одного человека с другим.

- Некоторые из этих изменений имеют генетическую осно­ву, т.е. унаследованы от родительских особей, получены уже при рождении, а другие являются результатом приспособления к окружающей среде, приобретены в течение жизни.

- Рождается, как правило, значительно большее число ор­ганизмов, чем доживает до размножения; многие гибнут на стадии семян, зародышей, птенцов, личинок. Причем выжива­ют те организмы, которые обладают сочетанием генов, повы­шающих вероятность их выживания и размножения, а также вырабатывают в течение своей жизни некоторые признаки, способствующие выживанию.

Отсюда вытекает главный вывод, что весь ход эволюции ви­дов ведет к тому, что генетические и иные признаки, обеспечи­вающие выживание, встречаются от поколения к поколению все чаще в данном виде (популяции), определяя главное на­правление его (ее) развития.

Механизм действия факторов эволюции лучше всего виден на примере развития уровня популяции живых организмов. Правда, долгое время считалось, что эволюционные изменения лучше всего изучать на примере развития отдельного вида рас­тений или животных. Но затем пришли к выводу, что из-за сложности структуры вида, его разновидности, неравномерно­сти географического распределения лучше всего эволюционные процессы проявляются на популяционном уровне.

Популяция — это длительно существующие группы особей, устойчиво сохраняющиеся на протяжении жизни многих поко­лений. Именно здесь активно происходят обмен генетическим материалом, процессы естественного отбора и другие измене­ния. Именно здесь интенсивно осуществляется случайное, сво­бодное скрещивание. В то же время популяция так или иначе изолирована от соседних совокупностей особей данного вида.

Популяции могут занимать территории разной протяженно­сти, в зависимости от размеров особей и их численности. Раз­мер территории может колебаться от нескольких сотен метров до сотен километров. Существует и некоторая минимальная для того или иного вида численность популяции крупных жи­вотных. Так, длительное существование популяции крупных животных (например, лосей), состоящей всего из нескольких сотен животных, невозможно. При такой или меньшей численно­сти популяция в результате неизбежных случайных колебаний мо­жет сократиться до нуля. Для исчезновения популяции достаточно сокращения одного из полов (самцов или самок) настолько, чтобы стала затруднительной встреча особей для размножения.

Виды, как правило, состоят из нескольких популяций, хотя бывают и исключения (белый медведь в Арктике).

Появление элементарных эволюционных изменений в по­пуляции, т.е. ее новых устойчивых признаков, передающихся по наследству через несколько поколений, зависит от следую­щих эволюционных факторов: перестройки носителей наслед­ственности — генов, популяционных волн, изоляции и естест­венного отбора.

Перестройка генов, или мутационный процесс, является ос­новой разнообразия особей в популяциях. Но этот процесс все же не является решающим фактором эволюции. Будучи осно­ван на случайности, он не определяет ее направления.

То же самое можно сказать и о популяционных волнах, т.е. резких колебаниях численности особей из-за различных при­родных колебаний: урожай, засуха, похолодание и т.п. Этот фактор также не определяет направления эволюции. Однако он может резко менять число редко встречающихся мутаций, соз­давая те или иные новые предпосылки для эволюционных из­менений.

Изоляция, иди возникновение барьеров, препятствий, умень­шающих возможности обмена генетической информацией с другими группами особей данного вида, выступает как фактор, закрепляющий начальную стадию дифференциации генофонда обособившейся группы. Но и изоляция не задает направления эволюционному процессу, хотя и выполняет роль его мощного усилителя.

Естественный отбор является основным фактором, направ­ляющим эволюционные изменения. Именно он определяет маги­стральную линию исторического развития живого, формирует у живых организмов оптимальные способности к выживанию и самовоспроизведению. Результаты естественного отбора прояв­ляются в ходе смены многих поколений. Объектом отбора яв­ляются отдельные виды живого. Особь, прошедшая отбор, тем самым вносит свой вклад в генофонд популяции. Отбору под­вергаются все признаки свойства живого. Он действует на всех стадиях развития особи и имеет четкую направленность - повышение способности к выживанию, к оставлению потомства. Причем отбор закрепляет и те особенности, которые полезны данному виду как целому. Эти признаки могут быть вредны для особи, но полезны для популяции: отгоняя врага, ужалив­шая его пчела гибнет, но спасает пчелиную семью, семейный запас меда.

Учитывая все сказанное, можно сформулировать главный вывод: весь ход эволюции видов ведет к тому, что генетические и иные признаки, обеспечивающие выживание, встречаются от по­коления к поколению в данной популяции все чаще, определяя на­правление развития вида.

Таким образом, эволюция есть направленный процесс истори­ческого изменения живых организмов. Указанные факторы дей­ствуют не только на популяционном и видовом уровне, как микроэволюция, но также и на надвидовом уровне как макро-эволюция, образуя новые виды, классы живого.

Современная сложная структура живого является как раз результатом и отражением продолжавшейся миллионы лет микро- и макроэволюции.

Комплекс представлений о микро- и макроэволюции, сло­жившийся к середине XX в., стали называть синтетической теорией эволюции. Но и в ее современном виде она не догма. Нужна огромная работа исследователей, чтобы здание эволю­ционной теории, основы которого были заложены Ч. Дарвином, приобрело завершенный вид.

Ныне эволюционное учение видит свою главную задачу в том, чтобы на основе углубленного познания механизма эво­люционных процессов предсказывать конкретные возможности эволюционных преобразований и на этой основе управлять эволюционным процессом. Все возрастающую роль в выполне­нии данной задачи играет одна из наиболее перспективных от­раслей биологической науки — генетика.

Здесь вы можете написать комментарий

* Обязательные для заполнения поля
Все отзывы проходят модерацию.
Навигация
Связаться с нами
Наши контакты

vadimmax1976@mail.ru

8-908-07-32-118

8-902-89-18-220

О сайте

Magref.ru - один из немногих образовательных сайтов рунета, поставивший перед собой цель не только продавать, но делиться информацией. Мы готовы к активному сотрудничеству!