Что изучает биология

Что изучает биология? Признаки живого. Вы уже знаете, что биология исследует различные проявления жизни. Ее название в 1802 г. независимо друг от друга предложили французский ученый Жан Батист Ламарк (1744-1829) и немецкий — Готфрид Рейнхольд Тревиранус (1766-1837).

Биология (от греч. биос — жизнь и логос — учение) — это совокупность наук о живых существа, их строении, процессах жизнедеятельности, взаимосвязи между собой и условиями окружающей среды, закономерности распространения по земному шару, происхождения, историческом развитии и разнообразии.

Хотя биология исследует различные проявления жизни в течение многих веков, даже на современном этапе ее развития трудно дать четкое и краткое определение понятия жизни. Живет характеризуется совокупностью признаков, известных вам из предыдущих курсов биологии: обменом веществ и энергии с окружающей средой, постоянством внутренней среды, саморегуляцией, воспроизведением себе подобных, ростом, развитием, раздражительностью и адаптацией к условиям существования. Ни один из признаков не является главным и таким, что самостоятельно может характеризовать живой организм.

Живая и неживая природа построены из одинаковых атомов, но на молекулярном уровне разница между ними существенная — нуклеиновые кислоты и белки образуются только в живых объектах, обеспечивая сохранение наследственной информации и ее реализацию. Вы ознакомились с различными биологическими объектами — клеткой, организмом, экосистемой. Все они содержат связанные между собой компоненты. Поэтому можно утверждать, что клетка, организм и экосистема являются биологическими системами. Эти системы являются открытыми, то есть существуют благодаря энергии, которую они получают из окружающей среды.

Жизнь — это открытая система, построенная из белков и нуклеиновых кислот и способна к самовосстановлению, саморегуляции и самовоспроизведению.

Методы биологических исследований

Еще древний человек наблюдал за организмами, пытался исследовать и описывать их. Некоторые представляли для него опасность, другие были пищей, шкуры животных согревали ее, растения заживляли раны.

Исследуют живую природу с помощью различных методов, основными из которых являются сравнительно-описательный, экспериментальный, мониторинг и моделирование.

Основателем сравнительно-описательного метода считают древнегреческого ученого Аристотеля. Суть метода заключается в описании объекта исследования и сравнению с другими подобными объектами для установления его своеобразия. Примером результатов таких исследований служат книги, на страницах которых исследователи описывали различные виды растений и животных.

Экспериментальный метод возник позже. Он заключается в изменении исследователями условий существования объектов изучения и наблюдении за последствиями этих изменений. Эксперименты бывают полевые и лабораторные. Полевые эксперименты проводят в естественных условиях, а лабораторные — в специально оборудованных помещениях — лабораториях.

Мониторинг (от латинского — наблюдающий) — наблюдение за ходом определенных процессов в экосистемах или по состоянию конкретных биологических объектов в течение длительного времени. Метод позволяет определять состояние определенных объектов и прогнозировать возможные изменения. Благодаря мониторингу разрабатывают мероприятия по охране отдельных популяций организмов, экосистем и биосферы в целом.

Моделирование (от латинского — устройство, образец) — это метод исследования и демонстрации структур, функций, процессов посредством их имитации, то есть модели. Модели в биологии применяют при исследованиях различных объектов — от молекул до экосистем. Последние, например, имеют значение для обоснования мест расположения промышленных и аграрных предприятий на определенных территориях. Современные научные исследования невозможны без применения электронно-вычислительной техники и информационных технологий (IT).

Из истории открытий в области биологии

Человек издавна зависел от окружающей среды. Хотя растения и животные часто представляли для него опасность, он понимал, что окружающая среда помогает выживать: растения и животные были для нее пищей, основой для изготовления лекарств, красок и тканей. Поэтому человек наблюдал, экспериментировал, изучал вещества, образующие живое. И постепенно учился использовать химические превращения в живых организмах. Так появились технологические процессы: хлебопечения, сыроварения, виноделие и др. «Кусок хорошо испеченного хлеба является одним из самых важных изобретений человеческого ума», — отмечал российский естествоиспытатель К. А. Тимирязев.

Первые вещества, которые описал средневековый персидский философ и врач Авиценна, принадлежали к лекарствам. Швейцарский алхимик Парацельс считал, что болезни вызывают нарушения химического состава организма. Ян Баптист ван Гельмонт — голландский химик, физиолог, врач — описал процессы пищеварения и образования мочи, обнаружил воду даже в сухом веществе растений.

Начало XIX в. ознаменовался открытием органических соединений. Поиски вели немецкие химики: в 1828 Фридрих Велер впервые синтезировал органическое вещество — мочевину из неорганических веществ, а Либих первым охарактеризовал основные вещества тканей организмов — белки, углеводы, липиды.

Основные достижения биохимии конца XIX — первой половины ХХ в. связанные с исследованиями белков и нуклеиновых кислот. В 1868 г.. Швейцарский биохимик Иоганн Фридрих Мишер открыл нуклеиновые кислоты. Немецкий химик Эмиль Фишер установил, что белки состоят из аминокислот. За изучение природы химической связи, в том числе и тех, которые образуют биополимерные соединения, Нобелевскую премию в 1954 получил американский химик и физик Лайнус Карл Полинг, а в 1958 — английский биохимик Фредерик Сэнгер за установление структуры белков, в частности инсулина.

Важный вклад в изучение структуры нуклеиновых кислот сделали британские ученые — исследовательница в области биофизики Розалинд Франклин, молекулярный биолог и нейробиолог Фрэнсис Крик, физик и молекулярный биолог Морис Уилкинс, американцы — биохимик Чаргафф, биолог Джеймс Уотсон. Трое из этих ученых — Д. Уотсон, Ф. Крик и М. Уилкинс в 1962 году. Стали лауреатами Нобелевской премии за открытие пространственной структуры молекулы ДНК.

Связь биологии с другими науками

Наверное вы уже познакомились с основами биологических наук, объектами изучения которых являются: микроскопические организмы — микробиология; грибы — микология; растения — ботаника; животные — зоология; внутреннее строение организмов — анатомия; процессы жизнедеятельности организмов — физиология.

Биология имеет тесную связь с другими естественными и гуманитарными науками. В результате исследований на грани биологии с точными науками возникли новые ее отрасли — биохимия, биофизика, биоинформатика и др. В то же время биология является неотъемлемой составляющей медицинских, ветеринарных, сельскохозяйственных наук, отраслей производства (биотехнологии), связана с социологией, юриспруденцией и т.д.

Первыми в биологии сформировались ботаника, зоология и анатомия. Позже в пределах зоологии возникли: гельминтология — изучает паразитические черви, энтомология — насекомых, ихтиология — рыб, орнитология — птиц и тому подобное. В ботанике выделились микология — наука о грибах, альгология — о водорослях и другие дисциплины. Микробиология разделилась на бактериологию, вирусологии, иммунологии.

Одновременно с дифференциацией происходил процесс возникновения и формирования новых наук. Различные свойства живых систем исследуют: физиология — наука о жизнедеятельности организма, генетика — о закономерности наследственности и изменчивости, эмбриология — об индивидуальном развитии организма, эволюционное учение — об историческом развитии живых существ.

С давних времен биология имеет тесные связи с физикой, химией, математикой, географией и другими естественными науками. Эти науки развиваются на основе общих идей и методов научного исследования. Поэтому на стыке биологии с другими науками формируются новые научные направления и отрасли знаний. Так, интеграция физики и биологии обусловила возникновение биофизики — науки, которая изучает физические и физико-химические процессы в биологических системах, а также влияние на них различных физических факторов.

Самостоятельными науками сформировались биомеханика, бионика, космическая биология. В конце XIX в. произошло становление биохимии — науки о химическом составе и химические процессы, происходящие в живых организмах и определяют их жизнедеятельность, в начале XX в. — биогеохимии, основоположником которой был В. Вернадский.

Широкое использование математических методов в различных областях биологии способствовало формированию биокибернетики, биометрии, биостатистики, биомоделирования. На стыке с географией возникли биогеография — наука о закономерностях распространения и распределения па земном шаре живых организмов и экология.

Для многих специальных и прикладных дисциплин (медицина, агрономия, ветеринария, селекция, лесоводство, клеточная биология и генетическая инженерия, биотехнология и др.) биология является теоретической базой. Она также влияет на гуманитарные науки, определяя биосоциальную сущность человека, который является объектом этих наук.

На рубеже XX и XXI вв. начала развиваться биотехнология — наука, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с нужными свойствами методом генной инженерии.

Понятие биологической системы

Согласно научным представлениям система (с греч. целое) — это совокупность элементов, находящихся во взаимодействии и образуют единое целое. Различают системы различного типа: открытые и закрытые (для веществ, энергии, информации), живые (биологические, социальные), неживые (химические, физические) и др.

Каждый живой организм — это биологическая система, поскольку состоит из совокупности упорядоченных структур (клеток, тканей, органов), которые взаимодействуют друг с другом, образуя единое целое. Примерами биологических систем являются клетки, популяции, экосистемы.

Общие признаки и функции живых организмов

Всем живым организмам присущ подобный химический состав и клеточное строение. Они построены из химических соединений одинаковых классов, их структурной и функциональной единицей является клетка, а главным условием жизни — непрерывный обмен веществом и энергией с окружающей средой. Прекращение этого процесса означает прекращение жизни, то есть смерть организма.

Несмотря на колоссальное разнообразие живых организмов, для всех них характерны такие общие функции.

  • питания — поступление в организм питательных веществ, необходимых для процессов биосинтеза и получения энергии;
  • дыхания — расщепление органических соединений (чаще всего в процессе окисления), что сопровождается высвобождением энергии для обеспечения процессов жизнедеятельности;
  • выделения — выведение из организма ненужных и вредных веществ;
  • раздражительность — активная реакция на внешние или внутренние раздражители;
  • подвижность — способность изменять положение тела или его части в пространстве без действия внешней механической силы, за счет внутренних процессов;
  • рост — увеличение массы и размеров особи в целом и отдельных ее частей вследствие процессов биосинтеза;
  • размножения — способность живых организмов воспроизводить потомков, которые сохраняют основные признаки ее свойства родительских особей.

Уровни организации биологических систем

Уровни организации живой природы — это относительно одинаковые биологические системы, составляющие которых связаны между собой. Различают следующие уровни организации: молекулярный, клеточный, организмов, популяционно-видовой, экосистемный, биосферный (перечислены по восходящему принципу).

Самый низкий уровень организации — молекулярный. На этом уровне происходит протекание химических реакций и преобразования энергии, сохраняется и реализуется наследственная информация, закодированная в молекулах нуклеиновых кислот.

На клеточном уровне осуществляются процессы обмена веществ и преобразования энергии с участием органелл клетки, обеспечиваются процессы размножения и передачи потомству наследственной информации.

Организменный уровень характеризуется взаимодействием тканей, органов, а у животных — систем органов. На уровне организма происходит обмен веществ и энергии с окружающей средой, размножение. Одноклеточные организмы можно одновременно рассматривать на организменном и клеточном уровнях.

Организмы одного вида имеют одинаковые черты строения и жизненные функции. Они объединены в группы — популяции, которые распространены на определенных частях территории. Особенностью популяционно-видового уровня организации живого является обмен наследственной информацией и передачи ее потомству в пределах одного вида.

Популяции различных видов, взаимодействующих между собой, входят в состав экосистем. Для экосистемного уровня характерны обмен энергией между популяциями различных видов и круговорот веществ между живой и неживой частями экосистемы.

Отдельные экосистемы образуют биосферу — оболочку Земли, населенную организмами. Биосферный уровень является самым высоким уровнем организации живого. Он характеризуется обменом и превращением веществ и энергии с участием всех организмов нашей планеты.

Значение биологических знаний для человека

Направлений использования человеком биологических знаний множество. Они имеют важное мировоззренческое значение, ведь дают человеку возможность понять окружающий мир и найти свое место в нем, осознать ценность природы и жизни. Биологические знания нужны для профессиональной деятельности, в частности, биологов, экологов, врачей. Они помогают решить многие практических задач пищевой, легкой и других отраслей промышленности.

В XXI в. биология должна решить очень сложные, однако актуальные для человечества задачи: внедрение новейших достижений биологии для поддержки устойчивого развития природы, сохранения безопасности и здоровья людей, обеспечения населения продуктами питания и пригодными для жизни условиями окружающей среды, наконец, сохранение жизни и человечества на земли.

Итак, биология — это наука, которая определяет все сферы человеческой деятельности. Поэтому изучение конкретных и общих понятий биологической науки, общих закономерностей и свойств живой природы является неотъемлемым условием формирования эрудированного, культурного и образованного человека.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.