История и методология биологии и биофизики Красноярск 2009

История и методология биологии и биофизики Красноярск 2009

УДК 573:577(075) ББК 28Вя73 И90 Авторы: В. А. Кратасюк, Е. В. Немцева, Е. Н. Есимбекова, И. В. Свидерская, С. И. Барцев, В. В. Межевикин, И. Е. Суковатая, Н. А. Сетков, В. А. Сапожников Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «История и методология биологии и биофизики» подготовлен в рамках реализации Программы развития федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет» (СФУ) на 2007–2010 гг. Рецензенты: Красноярский краевой фонд науки; Экспертная комиссия СФУ по подготовке учебно-методических комплексов дисциплин И90 История и методология биологии и биофизики. Презентационные материалы [Электронный ресурс] : наглядное пособие / В. А. Кратасюк, Е. В. Немцева, Е. Н. Есимбекова и др. – Электрон. дан. (30 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2009. – (История и методология биологии и биофизики : УМКД № 1314/599-2008 / рук. творч. коллектива В. А. Кратасюк). – 1 электрон. опт. диск (DVD). – Систем. требования : Intel Pentium (или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц ; 512 Мб оперативной памяти ; 30 Мб свободного дискового пространства ; привод DVD ; операционная система Microsoft Windows XP SP 2 / Vista (32 бит) ; Microsoft PowerPoint 2003 или выше. ISBN 978-5-7638-1639-6 (комплекса) ISBN 978-5-7638-1640-2 (пособия) Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320902463 (комплекса) Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320902464 (пособия) Настоящее издание является частью учебно-методического комплекса по дисциплине «История и методология биологии и биофизики», включающего учебную программу дисциплины, учебное пособие, методические указания по самостоятельной работе, методические указания к семинарским занятиям, контрольно-измерительные материалы «История и методология биологии и биофизики. Банк тестовых заданий». Электронные презентационные материалы в виде набора слайдов структурированы по темам и разделам теоретического курса. Являются независимым средством наглядного сопровождения изложения теоретического курса дисциплины. Оформление каждого слайда преследует краткое и гармоничное представление теоретических сведений и соответствует принципам эффективного восприятия информации с экранов. Использование в слайдах специальным образом оформленного набора текстовых и графических элементов позволяет доступно и кратко сформулировать сущность излагаемой информации. Интерактивное оглавление и набор гиперссылок в структуре презентационных материалов позволяют оперативно получить доступ к слайдам, относящимся к нужному разделу или теме. Предназначены для студентов направлений подготовки магистров 010700.68 «Физика» укрупненной группы 010000 «Физико-математические науки и фундаментальная информатика», 020200.68 «Биология» укрупненной группы 020000 «Естественные науки». © Сибирский федеральный университет, 2009 Рекомендовано к изданию Инновационно-методическим управлением СФУ Редакторы: В. В. Клейда, Л. В. Гришаева Разработка и оформление электронного образовательного ресурса: Центр технологий электронного обучения Информационно-телекоммуникационного комплекса СФУ; лаборатория по разработке мультимедийных электронных образовательных ресурсов при КрЦНИТ Содержимое ресурса охраняется законом об авторском праве. Несанкционированное копирование и использование данного продукта запрещается. Встречающиеся названия программного обеспечения, изделий, устройств или систем могут являться зарегистрированными товарными знаками тех или иных фирм. Подп. к использованию 30.11.2009 Объем 30 Мб Красноярск: СФУ, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79

История и методология биологии и биофизики Оглавление Глава 1. Методология биологии и биофизики 1.1. Предмет и основные задачи курса истории науки 1.2. О научном методе в общем 1.3. О научной методологии чуть более строго 1.4. Что такое научное знание и как оно развивается 1.5. Методология об этапах развития научного знания 1.6. Эвристика индивидуального научного подхода 1.7. Определение, методология и проблемы биологии 1.8. Основные проблемы современной биологии 1.9. Определение, методология и проблемы биофизики Глава 2. От протознания к естественной истории (от первобытного общества к эпохе Возрождения) 2.1. У истоков биологического знания 2.2. Развитие биологических знаний в период эллинизма и в Древнем Риме 2.3. Биология в Древней Греции, в эпоху эллинизма и в Древнем Риме 2.4. Отношение к образованию и науке в Средневековье

История и методология биологии и биофизики Оглавление Глава 3. От естественной истории к современной биологии (биология Нового времени до середины XIX века) 3.1. Развитие ботанических исследований 3.2. Развитие зоологических исследований 3.3. Развитие исследований по анатомии, физиологии, сравнительной анатомии и эмбриологии животных 3.4. Господство метафизического мировоззрения в естествознании XVII–XVIII веков 3.5. Возникновение и развитие представлений об изменяемости живой природы 3.6. Основные черты учения Ч. Дарвина 3.7. Создание и развитие эволюционной палеонтологии 3.8. Создание эволюционной эмбриологии животных 3.9. Перестройка сравнительной анатомии на основе дарвинизма 3.10. Развитие филогенетической систематики животных 3.11. Развитие физиологии животных и человека 3.12. Развитие эмбриологии растений

История и методология биологии и биофизики Оглавление 3.13. Развитие морфологии и систематики растений 3.14. Оформление физиологии растений 3.15. Изучение процесса размножения клеток Глава 4. Становление и развитие современной биологии (с середины XIX до начала XXI века) 4.1. Изучение физико-химических основ жизни 4.2. Микробиология и ее преобразующее воздействие на биологию 4.3. Возникновение и развитие вирусологии Глава 5. Создание Российской академии наук (РАН) 5.1. Исторические условия создания РАН 5.2. Первые учреждения РАН 5.3. Социокультурные условия формирования науки в России

Глава 1 Методология биологии и биофизики

1.1. Предмет и основные задачи курса истории науки

История науки Цель – процесс получения новых знаний: пути и логика накопления знаний об органическом мире процессы зарождения, развития и преобразования теорий и методов биологии место и роль этих теорий, гипотез и методов в истории познания биологических явлений и закономерностей Биология Цель – результат: накопления знаний об органическом мире теории и методы в биологии Связь биологии и истории биологии

Научные идеи Наука История науки Науковедение

Лазарь Карно «Науки подобны величественной реке, по течению которой легко следовать после того, как оно приобретает известную правильность; но если хотят проследить реку до ее истока, то его нигде не находят, потому что его нигде нет, в известном смысле источник рассеян по всей поверхности Земли»

Основные задачи курса «История и методология биологии» 1. Развитие и преобразование ведущих концепций биологии: отбор фактов, имен и событий, характеризующих магистральную линию развития науки о жизни характер и уровень конкретных биологических знаний и представлений (фактический материал) определенной эпохи

а, б, в, г – экстенсивный путь развития науки А, Б, В, Г – интенсивный путь развития науки Схема общего хода развития науки

Модели европейской науки донаучная греки и их философия схоластическая механистическая статистическая (классическая наука, Мендель) системная – одно правильное решение диатропическая – нет единого правильного решения

Основные задачи курса «История и методология биологии» 2. Теория и история познания Раскрытие логики развития и основных закономерностей получения новых знаний, понимание того, каким образом и какими средствами были достигнуты успехи биологической науки

3. Историческая обусловленность основных этапов развития биологии и ее достижений Основные задачи курса «История и методология биологии»

Факторы, определяющие развитие науки Потребности общественного производства и производственная деятельность людей, стимулирующая их к познанию Влияние социальных условий (политика, идеология, культурно-исторические традиции, интеллектуальный климат, финансирование науки и т. п.)

4. Роль личности ученого Характер, психологический склад, своеобразие исследовательских подходов, мотивация творчества, соотнесение личности ученого с результатами его творческой деятельности. Психология науки Основные задачи курса «История и методология биологии»

«У настоящего ученого занятие наукой является непреодолимой потребностью, более того, подлинной страстью, которая всегда романтична» Академик Н. Семенов

Знаете ли Вы выдающихся ученых?

Леонардо да Винчи (1452–1519)

Николай Коперник (1473–1543)

Иоганн Кеплер (1571–1630)

Галилео Галилей (1564–1642)

Исаак Ньютон (1643–1727)

М. В. Ломоносов (1711–1765)

Карл Линней (1707–1778)

Жан Батист Ламарк (1744–1829)

Чарльз Дарвин, Альфред Рассел Уоллес 1858 г. – теория естественного отбора как механизм эволюции

Основные задачи курса «История и методология биологии» 5. Возникновение новых методов исследования: появление новых концепций и взглядов интенсификация исследований в новых научных направлениях переход к новой, более высокой ступени познания

Изобретение микроскопа открыло новый мир живых существ Открытие методов окраски препаратов и серийных срезов Прижизненная окраска и прижизненное наблюдение Электронная микроскопия 5. Возникновение новых методов исследования

5. Возникновение новых методов исследования: эмбриология животных Х. И. Пандер и К. М. Бэр: метод наблюдения за развитием куриного эмбриона – открытие зародышевых листков, развитие идет путем дифференциации более простых закладок К. Бэр: сравнительный метод – учение об основных типах развития А. О. Ковалевский и И. И. Мечников: эволюционный принцип (исторический метод) в эмбриологии – возникновение сравнительной эмбриологии Экспериментальный метод Метод меченых атомов

Утверждение исторического метода изучения биологических явлений

5. Возникновение новых методов исследования «Всеми своими достижениями физиология XIX века обязана применением к изучению явлений жизни физических и химических методов исследования» К. А. Тимирязев

1940-е годы: накопление данных о биохимических основах жизни химические и физические процессы в организме на молекулярном уровне рост: биохимия, биофизика, радиобиология возникновение молекулярной биологии Возникновение молекулярной биологии

Основные задачи курса «История и методология биологии» 5. Возникновение новых методов исследования: создание нового научного метода перестройка установившихся теоретических представлений пересмотр накопленных наукой материалов и методов

6. Формирование научных представлений в определенной историко-культурной среде: наука – важнейший компонент социальной и культурной жизни примеры открытий из разных эпох национальные особенности развития науки в разных регионах и странах «прививка» западноевропейской традиции экспериментального исследования Основные задачи курса «История и методология биологии»

Экология науки Экология – наука о взаимоотношениях живых организмов друг с другом и с окружающей средой Экология науки – что это? Можно ли использовать такое словосочетание? История науки = научные идеи + окружение (культурная среда, в которой формируются научные сообщества и научные представления)

«Экологию нельзя ограничивать только задачами сохранения природной биологической среды. Для жизни человека не менее важна среда, созданная культурой его предков и им самим. Сохранение культурной среды – задача не менее существенная, чем сохранение окружающей природы… Убить человека биологически может несоблюдение законов биологической эволюции, убить человека нравственно может несоблюдение законов экологии культурной» Д. С. Лихачев «Прошлое – будущему»

В развитом социуме наука автономна. Границы науки заданы особенностями: целеполагания ценностных ориентаций профессиональных умений людей, особым образом организованных

Появление науки как особого института – показатель социального и культурного развития всего общества Наука

Экология науки – это изучение культурной среды, в которой формируется и живет ученый, изучение явных и неявных правил (предпочтений) выбора будущих профессий, традиций пользования книгами и другими источниками информации; это реконструкция явных или неявных представлений о смысле жизни, об отношениях с людьми – вне круга профессиональных обязанностей и с коллегами, определенное понимание общения, видение долга и ответственности человека перед людьми и обществом Экология науки

«Специфика текущего момента состоит в том, что до недавнего времени вопрос о возникновении науки волновал только малочисленую группу специалистов по истории и социологии науки. Теперь же это вопрос иного ранга. Многие страны, не имевшие ранее науки в наличном наборе социальных институтов, стараются сегодня привить ее на своей почве, видят в этом одно из условий перехода из «развивающегося» в «развитое» состояние. В процессе таких попыток накапливаются огромные массивы информации о строительстве науки и трудностях такого строительства, о том, что именно строится, как оно сочленяется в целое» М. К. Петров «Как создавали науку?»

Прививка науки США – Африка Преподаватель – ученый – студенты Образование в университете – прививка науки?

Прививка науки студентам Время прививки – какой курс? Обоснованно ли начало научной работы студента с 3-го курса? Достаточно ли знаний у студента 3-го курса для успешной прививки науки? Какими качествами должен обладать студент, из которого получается ученый? Удачный и неудачный студент? Кто судья? Эйнштейн?

Владимиров, Ю. А. Как написать дипломную работу / Ю. А. Владимиров. – М., 2000. Кузин, Ф. А. Кандидатская диссертация. Методика написания, правила оформления и порядок защиты / Ф. А. Кузин. – М., 1998. Умберто Эко. Как написать дипломную работу Кузнецова, Н. И. Социокультурные проблемы формирования науки в России (XVIII – середина XIX вв.) / Н. И. Кузнецова. – М . : УРСС, 1997. Библиографический список

1.2. О научном методе в общем

Обсуждение и сопоставление методологических подходов биологии и биофизики невозможно без рассмотрения научного метода вообще и его реализации в процессе развития той или иной научной дисциплины Успех научного поиска во многом определяется правильностью выбранного пути, точностью самого метода исследования. Известный русский физиолог И. П. Павлов отмечал, что «метод держит в руках судьбу исследования», «от метода, от способа действия зависит вся серьезность исследования» Можно сказать, что научный метод представляет собой непрерывный процесс проверки, изменения и развития идей и теорий в соответствии с имеющимися фактическими данными

О научном методе в общем

О научном методе в общем Кажется, что в этой схеме развития научного знания все ясно и вопросов не возникает. Но если задаться целью практически и со знанием дела включиться в этот процесс, то не уйти от вопросов: чем различаются опыты, наблюдения, с одной стороны, и эксперименты, с другой? что такое факты и чем они отличаются от данных? как и на основе чего выдвигаются гипотезы? в чем специфика теоретического знания? при каких условиях гипотеза отвергается? что такое научная проблема и чем она отличается от научной задачи?

1.3. О научной методологии чуть более строго

Эмпирическое исследование в основе своей ориентировано на изучение явлений и зависимостей между ними. Эмпирическая зависимость представляет собой вероятностно-истинное знание, выведенное в результате индуктивного обобщения опыта На уровне теоретического исследования происходит выделение сущностных связей в чистом виде. Теоретический закон – это достоверное знание, требующее использования особых исследовательских процедур Эмпирический и теоретический уровни научного исследования

На эмпирическом уровне выделяют два подуровня: 1. Данные наблюдения В процессе наблюдения за объектом мы непосредственно получаем первичную информацию, которая выступает в форме непосредственных чувственных данных субъекта наблюдения, которые затем фиксируются в форме протоколов наблюдения Данные наблюдения еще не являются достоверным знанием, и на них не может опираться теория, ибо базисом теории являются не данные наблюдения, а эмпирические факты Эмпирический и теоретический уровни научного исследования

2. Эмпирические факты В отличие от данных наблюдения факты – это всегда достоверная, объективная информация, в которой сняты в процессе описания явлений и связей между ними субъективные наслоения Эмпирический и теоретический уровни научного исследования

Факт (от лат. factum – сделанное, свершившееся) – это особого рода положения, фиксирующие эмпирическое знание. Факт науки включает в себя инвариант эмпирических данных наблюдения или эксперимента и их истолкование, выражение на определенном языке Факты о факте

Сама возможность получения эмпирических данных основывается на системе априорных принципов На их основе производится выделение существенных и несущественных черт объекта познания, выбор методов получения данных, процедура калибровки приборов – то есть формулировка вопроса, с которым исследователь подходит к изучению своего предмета Факты зависят от теории, которая формирует их концептуальную основу, язык, средства и методы экспериментального исследования По словам И. П. Павлова, «если нет в голове идеи, то нет и фактов» Факты о факте

О теории Теория – это высшая форма организации научного знания, дающая целостное, системное представление о закономерностях и существенных связях изучаемых объектов

По отношению к фактам теория выполняет следующие функции: объяснительную, подчиняя их некоторым теоретическим обобщениям систематизирующую, организуя их в более широкий теоретический контекст знаний предсказательную, обосновывая научные прогнозы О теории

В организации теоретического уровня знаний можно выделить два подуровня: 1. Частные теоретические модели и законы, относящиеся к достаточно ограниченной области явлений Примеры: закон колебания маятника в физике или закон движения тел по наклонной плоскости, которые были найдены до того, как была построена ньютоновская механика Теоретическая модель включает идеализированные объекты и связи между ними О теории

2. Развитая теория, в которой все частные теоретические модели и законы обобщаются таким образом, что они выступают как следствия фундаментальных принципов и законов теории Непосредственно сам закон характеризует отношения идеальных объектов теоретической модели, а опосредованно он применяется к описанию эмпирической реальности О теории

1.4. Что такое научное знание и как оно развивается

Представление о научности тесно связано с понятием фальсифицируемости или опровержимости теории Научная теория должна содержать положения, которые допускают эмпирическую проверку В качестве примера неопровержимой теории можно привести теорию пассионарности Л. Гумилева Какое знание считается научным?

Наука не может доказательно обосновать ни одной теории, но наука может опровергать Допускается существование фундаментального эмпирического базиса – множества фактуальных высказываний, каждое из которых может служить опровержением какой-либо теории Какое знание считается научным?

Научными считаются не только те высказывания, которые доказательно обоснованны фактами, но и те, которые всего лишь опровержимы, другими словами, «научные» высказывания должны иметь непустое множество потенциальных фальсификаторов Научная честность требует постоянно стремиться к такому эксперименту, чтобы в случае противоречия между его результатом и проверяемой теорией последняя была отброшена Другими словами, теория является «научной» (или «приемлемой»), если она имеет «эмпирический базис» Какое знание считается научным?

1.5. Методология об этапах развития научного знания

На начальном этапе посредством измерительных процедур исследователи получают данные, которые составляют особую группу знаний, которые затем перерабатываются в обобщенные знания Можно считать, что это – первая технологическая линия порождения и использования знаний, которую можно назвать преднаучной Преднаучная технологическая линия порождения знаний

Эти структуры мышления имеют дело с миром явлений и они не могут дать ответ на вопрос, как из мира, в котором все со всем связано, выделить такие относительно устойчивые и инвариантные образования, какими являются объекты Преднаучная технологическая линия порождения знаний

Так, например, простое обобщение данных о движении тел не позволяет вывести ньютоновские законы движения Законы движения Аристотеля: тела сохраняют свою скорость, пока и поскольку на них действуют силы, что тела падают тем скорее, чем они тяжелее Законы движения Галилея и Ньютона: тела сохраняют скорость, пока и поскольку на них не действуют силы; тела падают на землю одинаково скоро, независимо от их веса Преднаучная технологическая линия порождения знаний

Законы Аристотеля чувственные, а Галилео и Ньютона абстрактно-логические. Первые – ложные, вторые – истинные Но законы Аристотеля отражают реальную объективную действительность точнее, вернее, чем истинные законы Галилео и Ньютона, взятые сами по себе Преднаучная технологическая линия порождения знаний

Только благодаря тому, что так называемый «закон постоянства весовых соотношений» был принят в качестве принципа, выделяющего и задающего объект собственно химических исследований можно сказать даже резче: в качестве задающего «химическое соединение» как объект изучения в его отличии от «физической смеси» – только благодаря этому химия смогла выделить свой предмет, окуклилась на базе этого представления о своем объекте и оформилась в самостоятельную науку Внеэмпирическое знание – необходимое условие формирования науки

Известный математик Лебег писал: «Средний математик на вопрос, сколько будет два плюс два, всегда ответит, что четыре. Ему и невдомек, что это определяется жизнью объекта. Если я сажу двух зайчиков и двух лисичек – то получается два, или смешиваю одну жидкость с другой, то получается одна жидкость». Это не что иное как разные онтологические картины Внеэмпирическое знание – необходимое условие формирования науки

Онтологическая картина – такое изображение объекта рассмотрения, которое в определенном процессе мышления рассматривается как сам объект, т. е. полагается точным и адекватным, абсолютно соответствующим самому объекту. Пример разных онтологий: «люди пользуются языком» и «язык пользуется людьми» Внеэмпирическое знание – необходимое условие формирования науки

Проблема построения новых неэмпирических понятий – «конструктов» разрешается посредством умозрительного исследования Заметим лишь, что здесь основную роль играет творческое воображение исследователя (создание необычных комбинаций из старого знания), в процессе которого возникают новые представления и понятия Ключевой вопрос заключается в том, что является источником «внеэмпирического» содержания нового теоретического знания Источником такого знания в физике является Физическая картина мира (ФКМ) Внеэмпирическое знание в физике

Обобщенное определение ФКМ «Физическую картину мира следует понимать как идеальную модель природы, включающую в себя наиболее общие понятия, принципы и гипотезы физики и характеризующую определенный исторический этап ее развития» ФКМ не сводится к теоретическим предпосылкам уже имеющихся теорий. Эта система «развивается как единое целое по присущим ей законам и служит источником теоретических предпосылок еще не созданных физических теорий» Внеэмпирическое знание в физике

Г. В. Ф. Гегель – предметы видятся сквозь призму понятий Но онтология может быть ошибочной, ложной, и тогда появляется эксперимент. Галлией в отличие от Леонардо да Винчи, который всю жизнь занимался опытами, создает эксперимент и тем самым науку в современном смысле слова. А рядом, из того же самого начала возникают модель и моделирование

Эксперимент есть прямая и непосредственная проверка наших онтологий. Это есть реализация в деятельности (и, следовательно, на практике) нашего идеального объекта, представленного в онтологии, средствами и методами инженерии Не знания мы проверяем в эксперименте, а наши онтологические картины, наши идеальные объекты. Мы отвечаем на вопрос, можем ли мы создать такую ситуацию, которая получит реальное существование, зафиксировав в нашей онтологической картине идеальный объект

Наряду с обычной практикой возникает, создается нами еще особая, экспериментальная практика И из нее теперь начинают выводиться как новые экспериментальные факты и данные, так и новые знания, которые, будучи единичными, трактуются нами как обобщенные

На следующем этапе развития науки основная задача состоит уже не в том, чтобы проверять реальность идеального объекта, а в том, чтобы получить на этом объекте новые знания – такие, которые мы, в силу тех или иных причин, не можем получить на наших практических и экспериментальных объектах. Для решения этой задачи создается модель как аналог экспериментального объекта

Описание исследуемого объекта даже в терминах модели не гарантирует адекватного прогноза поведения системы в неисследованных ранее условиях, то, что составляет ценность научного знания. Для имитации и воспроизведения будущего поведения объекта не хватает того, что получило название естественного закона Естественный закон – это определенное правило конструирования моделей, правило для нашей конструктивной деятельности. С помощью закона природа отразилась в мышлении и оно приобрело автономный характер. Закон есть некая рефлексия нашей конструктивной деятельности по построению моделей Научное мышление – это то, которое производит оестествление какой-то части своих правил конструирования; именно эта часть конструктивных правил образует научное ядро науки, а все остальные должны быть подчинены им и включены в их систему

Уже Аристотель показал, что наука описывает не единичные и не эмпирические объекты, а «начала», т. е. конструктивную действительность, заданную категориями Современные же методологические представления позволяют утверждать, что любые объекты науки представляют собой объективации и конструктивизации соответствующих форм научного познания и организации знаний Показателен пример астробиологии и поиска внеземного разума. Эмпирики нет, но есть теории. Это еще одна демонстрация того, что теории составляют основу науки

1.6. Эвристика индивидуального научного подхода

Эта последовательность действий не гарантирует результата, но позволяет начать двигаться в проблеме Вначале предположим, что результат получен. Какой вид он имеет? Что мы должны получить в результате нашей работы? Задав требование к продукту нашей работы, мы затем ставим вопрос: какие средства нужны, чтобы получить именно этот продукт? Это «переворачивание» задачи и изменение объекта рассмотрения – прием, на котором в мышлении очень многое построено Типичная последовательность этапов при решении научной проблемы

Эти средства должны представлять некоторый конструкт, который потенциально может организовать имеющиеся часто противоречивые данные. Поскольку из имеющихся данных мы средства взять не можем, то мы создаем конструкции, исходя из наших общих интуитивных представлений Построив эти конструкции, мы начинаем накладывать их на имеющиеся данные. Мы используем эти конструкции в качестве средств анализа и организации данных Типичная последовательность этапов при решении научной проблемы

Вероятнее всего, построенная нами конструкция очень мало соответствует имеющемуся набору данных и теоретических представлений. Применяя наши конструкции, мы начинаем получать разного рода несоответствия и парадоксы. После этого мы начинаем исследовательский процесс, имеющий «челночный» характер Типичная последовательность этапов при решении научной проблемы

На каждом шагу мы спрашиваем себя, как нужно изменить нашу конструкцию, чтобы эти расхождения исчезли. Мы начинаем перестраивать имеющиеся у нас схемы, чтобы устранить эти расхождения. И, проделав всю эту работу, мы получаем новую конструкцию, мы снова применяем ее, получаем новую группу характеристик, фиксирующих расхождения нашей конструкции с действительным объектом, снова изменяем конструкцию, чтобы элиминировать эти расхождения, и т. д. Каждый такой шаг в челночном движении приближает нас к конструкции, более точно изображающей анализируемый объект Типичная последовательность этапов при решении научной проблемы

Описанный выше путь есть путь всякого и любого научного исследования. И, поняв это, вы будете понимать, почему так медленно развивается человеческая наука. Но никакого другого пути, по-видимому, у людей нет Вместе с тем, очевидно, что, если первую конструкцию, изображающую ваш объект, вы будете брать не с потолка, если она с самого начала будет "похожей" на объект, то работа последовательных приближений будет резко сокращена В чем и заключается задача методологии – в предоставлении первой конструкции Определение биофизики по Блюменфельду: у физиков есть образцы того, что нужно получить и некоторый опыт построения конструктов – идеальных объектов Типичная последовательность этапов при решении научной проблемы

1.7. Определение, методология и проблемы биологии

Биология (от bio и logos) – совокупность наук о живой природе Предмет изучения биологии — все проявления жизни Задачи биологии состоят в изучении всех биологических закономерностей, раскрытии сущности жизни и её проявлений с целью познания и управления ими Следует отметить, что кажущаяся однозначность такого толкования влечет за собой целый комплекс проблем, связанных с четким определением того, что есть «живая природа»

наблюдение, позволяющее описать биологическое явление сравнение, дающее возможность найти закономерности, общие для разных явлений эксперимент, или опыт, в ходе которого исследователь искусственно создает ситуацию, помогающую выявить глубже лежащие свойства биологических объектов исторический метод, позволяющий на основе данных о современном органическом мире и его прошлом познавать процессы развития живой природы Основные методы биологии

1.8. Основные проблемы современной биологии

строение и функции макромолекул (структурно-функциональное соответствие) регуляция функций клетки (согласованность внутриклеточных процессов) индивидуальное развитие организмов (дифференцировка клеток и морфогенез) историческое развитие организмов (механизмы и направление эволюции) происхождение жизни (механизмы химической эволюции и переход к эволюции биологической) биосфера и человечество (устойчивость биосферы к антропогенному воздействию) Некоторые проблемы современной биологии

Оценка текущего состояния биологии

В формулировке Ю. Шрейдера высказанная методологическая установка звучит так: «Существуют различные уровни реальности. Скажем, таксон реален по-другому, чем входящий в него организм. И не следует пытаться редуцировать эти уровни друг к другу» Понятно, что если биологическая реальность многоуровневая или даже мозаичная («суть жизни» каждого уровня организации заключена в нем самом, в его собственно «глубине»), то не имеет смысла говорить вообще о биологических законах в том смысле, как о них говорят, например, в физике Оценка текущего состояния биологии

«Степень зрелости современного биологического знания как раз вполне достаточна для перевода всех дискуссий и споров такого рода на рельсы продуктивного диалога, а не лобовой конфронтации. Однако, как быть толерантным, если исследователь отождествился с собственной концепцией, «влип» в биологическую реальность, которую он же сам и породил? Выход один – «распредметить» биологическую реальность, отрефлектировать собственный подход, попробовать встать в заимствованную позицию по отношению к другому исследователю» В. Борзенков Что делать?

Во-первых, действительно нужно отрефлексировать, методологически проанализировать имеющиеся (и собственный) подходы, парадигмы, дисциплины, предмет Подобная рефлексия, в свою очередь, требует задания определенного «пространства описания». Координаты такого пространства могут быть следующие: анализ методологических установок, контекстов использования знаний, характера онтологии, форм организации и обоснования знаний, основных этапов формирования Что делать?

И второе, что нужно сделать для методологической организации биологического знания, – это создать схемы, фиксирующие связи и отношения, объединяющие разные подходы, парадигмы и предметы По мере развертывания биологических исследований и практик подобные связи и формы из разряда гипотетических могут переходить в категорию реальных. При таком подходе удастся решить и ряд старых проблем биологической науки Что делать?

1.9. Определение, методология и проблемы биофизики

Биофизика – это наука, изучающая физические и физико-химические явления в живых организмах, структуру и свойства биополимеров, влияние различных физических факторов на живые системы (ЭС) Биофизика – наука, изучающая физические явления и свойства, важные для функционирования биологических систем, и использующая для этого комплекс экспериментальных и теоретических методов физики и физической химии (Ю. П. Мешалкин) Что такое биофизика?

Биофизика – наука о наиболее простых и фундаментальных взаимодействиях, лежащих в основе биологических процессов (А. Б. Рубин) Задачи биофизики состоят в познании явлений жизни, основанном на общих принципах физики, и изучении атомно-молекулярной структуры вещества (М. В. Волькенштейн) Биофизика – это область биологии, в которой должны предпочтительно работать ученые, имеющие фундаментальное физическое образование (Л. А. Блюменфельд) Что такое биофизика?

«Мы начинаем с исследования в высшей степени идеализированных систем, которые могут не иметь никаких прямых аналогов в реальной природе. Против такого подхода можно выдвинуть возражение, что подобные системы не имеют никакой связи с действительностью и что поэтому никакие заключения относительно таких систем не могут быть перенесены на реальные системы. Тем не менее, именно этот подход применяли и всегда применяют в физике…» Н. Рашевский

«…Физик занимается детальным математическим исследованием таких нереальных вещей, как «материальные точки», «абсолютно твердые тела», «идеальные жидкости» и т. п. В природе подобных вещей не существует…» Н. Рашевский

«…Однако же физик не только изучает их, но и применяет свои выводы к реальным вещам. Все дело в том, что в известных пределах реальные вещи имеют свойства, общие с воображаемыми идеальными объектами! Только сверхчеловек мог бы охватить в математическом аспекте сразу всю сложность реального предмета. Мы, обыкновенные смертные, должны быть скромнее, и нам следует подходить к реальности асимптотически, путем постепенного приближения» Н. Рашевский

«Биология – это в основном описательная наука, больше похожая на географию … Несомненно, должна существовать также подлинная и общая биология. Истинная биология в полном смысле этого слова была бы наукой о природе и активности всех организованных объектов, где бы они ни находились – на нашей планете, на других планетах солнечной системы или в иных звездных системах» Дж. Бернал

Что же такое биофизика? Биофизика – это наука, занимающаяся построением и исследованием идеализированных систем, моделирующих ключевые свойства систем, относящихся к разным уровням организации живого Если обратиться к рассмотренным выше этапам становления зрелой научной дисциплины, то можно видеть, что введение идеальных объектов является необходимым этапом формирования зрелой научной дисциплины и предпосылкой к построению теоретических представлений, которые в дальнейшем, в процессе оестествления, могут стать законами природы

Если еще обратить внимание на то, что ключевые проблемы биофизики являются ключевыми проблемами биологии, то становится понятно, что биофизика представляет собой неявную попытку развить биологию до стадии зрелой науки путем последовательного применения методологических подходов, хорошо зарекомендовавших себя в физике Фактически биофизика включает в себя теоретическую биологию, дополненную эмпирическим материалом, полученным в соответствии с экспериментальными критериями физики Что же такое биофизика?

Библиографический список История биология (с древнейших времен до наших дней) / под ред. С. Р. Микулинского. – М. : Наука, 1972. История биологии (с начала ХХ века до наших дней) / под ред. Л. Я. Бляхера. – М. : Наука, 1975. Азимов, А. Краткая история биологии. От алхимии до генетики / А. Азимов. – М. : ЗАО Центрполиграф, 2004. – 223 с. Кун Томас. Структура научных революций / Кун Томас. – М. : Изд. АСТ, 2001.

Библиографический список Поппер, К. Логика и рост научного знания / К. Поппер. – М. : Прогресс, 1983. Рузавин, Г. И. Методология научного исследования: учеб. пособие для вузов / Г. И. Рузавин. – М. : ЮНИТИ-ДАНА, 1999. – 317 с. Черникова, И. В. Философия и история науки : учеб. пособие / И. В. Черникова. – Томск : Изд-во НТЛ, 2001. – 352 с. Кравченко, А. Ф. История науки и техники / А. Ф. Кравченко. – Новосибирск : Изд. СО РАН, 2005. – 435 с.

Библиографический список Владимиров, Ю. А. Как написать дипломную работу / Ю. А. Владимиров. – М., 2000. Кузин, Ф. А. Кандидатская диссертация. Методика написания, правила оформления и порядок защиты / Ф. А. Кузин. – М., 1998. Умберто Эко. Как написать дипломную работу. Кузнецова, Н. И. Социокультурные проблемы формирования науки в России (XVIII – середина XIX вв.) / Н. И. Кузнецова. – М. : УРСС, 1997.

Библиографический список Лихачев, Д. С. Прошлое – будущему / Д. С. Лихачев. – Л., 1985. – С. 50–51. Петров, М. К. Как создавали науку? / М. К. Петров // Природа. – 1977. – N 9. – С. 81. Гуревич, А. Я. Категории средневековой культуры / А. Я. Гуревич. – М., 1984. – С. 9–10.

Глава 2 От протознания к естественной истории (от первобытного общества к эпохе Возрождения)

2.1. У истоков биологического знания

Первоначальные представления о живой природе и первые попытки научных обобщений (накопление сведений о растениях и животных в первобытном обществе из практической деятельности людей)

Охота. Носорог, пронзенный стрелами (древнее изображение) Практическая деятельность людей – источник биологических знаний в древнем мире

Практическая деятельность людей (охота)

Практическая деятельность людей (охота)

Практическая деятельность людей (охота)

Практическая деятельность людей (охота)

Одомашнивание животных. Земледелие, скотоводство

VI–II тыс. до н. э. – одомашнены овца, коза, свинья, крупный рогатый скот, осел, лошадь, верблюд, разные породы собак Одомашнивание животных. Земледелие, скотоводство

XI–V тыс. до н. э. – в Передней и Западной Азии и Северной Африке культивировали пшеницу и ячмень Неолит – рожь, кукуруза, огородные культуры, плодовые деревья и технические культуры (лен, конопля) Китай, Индонезия, Индия – рис, чай, хлопок Абиссиния – кофе Америка – какао, помидоры, картофель, подсолнечник Возделывание культурных растений

Первобытный антропоморфизм: человек не противопоставлял себя природе Антропоморфизм. Анимизм Религия. Анимизм самостоятельное существование души за пределами тела представления о живом и мертвом неолит: душа –самостоятельная сущность, живет в какой-либо части тела множественность душ

Ворота Иштар в Вавилоне (на стенах – изображения животных) Знания о живой природе в раннерабовладельческих государствах Азии и Восточного Средиземноморья

Представления об организмах – в религиозной форме. Медицина как система магических воздействий жрецов Обособление медико-биологических воззрений от религии и магии Появление натурфилософских воззрений в биологических представлениях Натурфилософия – философия природы. Умозрительное истолкование природы, рассматриваемой в ее целостности Этапы развития биологических представлений

Клинописные таблички (IV тыс. до н. э., Месопотамия) Глиняная клинописная табличка Превращение рисунков в клинописные знаки

Клинописные таблички Месопотамии

Клинописные таблички Месопотамии

описание различных болезней способы их лечения нет сведений о строении и деятельности органов человека жизнь связана с кровью печень – главный орган жизни, содержащий запас крови сердце – орган мышления Содержание медицинских табличек

дифференцированная анатомическая терминология по заболеваниям разных органов сердце – важный орган тела биение пульса – «голос сердца может быть услышан во всех членах» перечень лекарственных растений Папирус Эберса (XVI в. до н. э., Египет)

Первое сочинение по биологии (середина XIV в. до н. э.) Трактат о коневодстве (Киккули из Митаннии)

Одомашнивание животных в Месопотамии (земледелие, скотоводство): новые породы рабочих лошадей, овец, крупного рогатого скота, мул (осел + кобыла)

Биологические знания Древнего Египта близки к представлениям ассиро-вавиловян

Одомашнивание животных (земледелие, скотоводство), Древний Египет

Древний Египет. Одомашнивание животных: крупный рогатый скот, лошади, ослы, овцы, козы, свиньи. Одомашнены одногорбый верблюд, антилопы, кошка, гуси, утки, лебеди, голуби. Из Индии завезены куры, инкубировали яйца в печах

Культивирование хлебных злаков, овощей, фруктовых деревьев, льна, маслины Искусственное опыление финиковой пальмы: гибридизация и получение разнообразных сортов Земледелие в Древним Египте Рабыня с зернотеркой

Мудрые писцы не строили себе пирамид и надгробий из бронзы Их пирамиды – книги, их дитя – тростниковое перо И память о том, что написано в книге, – вечна Древний Египет

Пиши рукой своей, Читай ртом своим, Советуйся с теми, Кто знает больше тебя… Иначе будут бить тебя. Уши мальчика на спине его, Он слушает, когда его бьют… Школы для обучения мальчиков

Середина III тысячелетия до н. э.: разведение рогатого скота, собак и голубей одомашнивание кур приручение слона Биологические представления в Древней Индии Слоны в джунглях. Стенопись. Аджанта. Пещера. I в. до н. э.

Развитие анатомии, физиологии и эмбриологии в рамках религиозной медицины С VIII в. до н. э. – тенденция к обособлению медицины от религии и магии. «Аюр-веды» (VI в. до н. э.) 5 стихий (огонь, земля, вода, воздух и эфир) в сочетании с веществами организма (слизь, желчь, воздух) образуют хилус, кровь, мясо, жир, кости и мозг Биологические представления в Древней Индии

Развитие зародыша – соединение мужского воспроизводительного вещества с женским Возникновение зародыша – возникновение особой сущности Пол определяется относительным количеством мужского и женского начала при зачатии Хирургический трактат Сушрута-Самхита. Разный порядок возникновения органов и частей тела плода: голова (чувства), сердце (сознание и мышление), пупок, руки и ноги (органы движения), туловище Эмбриология в Древней Индии

Влияние впечатлений и внешних воздействий (питания матери) на физические и духовные признаки рождающегося ребенка Наличие у живых существ наследственных качеств для объяснения сходства детей с родителями Эмбриология в Древней Индии

Единственный источник познания – восприятие органами чувств предметов внешнего мира Из комбинаций 4 элементов (земли, воды, воздуха и огня) образуются все тела природы, в том числе и живые организмы – растения и животные После смерти они распадаются на те же элементы Индийский материализм (I тыс. до н. э.)

Сбор тутового листа Выращивание культурных растений (сахарный тростник, рис, хлопчатник) Древняя Индия

Черепаха. Нефрит. IV–II вв. до н. э.

Глиняная табличка. IV в. до н. э.

Печать-амулет с изображением борьбы фантастических существ. Стеатит. III тыс. до н. э.

Печать-амулет с изображением быка. Стеатит. III тыс. до н. э.

Статуя священного быка. Камень. (около 700 – 725 гг.)

«Махабхарата» «Рамаяна» Индийский народный эпос (VI–V вв. до н. э.)

Биологические представления в Дрeвнем Китае

Посев риса. Крестьяне на рисовом поле (старинное китайское изображение)

Производство шелка в Китае

Основа многообразия мира Биологические представления, медицина, натурфилософские учения Китая (IX–VII вв. до н. э.)

Запрет касаться ножом живого и мертвого тела Знание расположения и формы внутренних органов в общих чертах Знаменитый древнекитайский врач Хуа То (141–208) Анатомия в Древнем Китае

Ван Чун – философ-материалист I в. до н. э.: учение о естественной необходимости отрицание телеологического понимания явлений природы Стихийно-материалистические воззрения

Основное сочинение «Взвешивание рассуждений» («Лунь хэн») объединяет идеи конфуцианства и даосизма, проникнуто рационализмом и критикой религиозных предрассудков, содержит теорию трех типов человеческой природы: доброй, злой, совмещающей добро и зло Ван Чун (27 – ок. 104)

Осенние чувства Сколько дней мы в разлуке, мой друг дорогой, Дикий рис уже вырос у наших ворот, И цикада смирилась с осенней порой, Но от холода плачет всю ночь напролет, Огоньки светляков потушила роса, В белом инее ветви ползучие лоз, Вот и я рукавом закрываю глаза, Плачу, друг дорогой, и не выплачу слез Великий китайский поэт Ли Бо (701–762)

Далеко на Востоке живет благородный ученый И одет он всегда в неприглядное, рваное платье. И из дней тридцати только 9 встречается с нами И лет 10, не меньше, он носит бесменную шапку. Горше этой нужды не бывает, наверно, на свете. А ему хоть бы что – так приветлив на вид он и весел. Я, конечно, стремлюсь повидать человека такого. И пошел я с утра через реки и через заставы Тао Юань-мин

Вижу – темные сосны , сжимая дорогу, теснятся. Вижу – белые тучи над самою кровлей ночуют. А ученому ясно, зачем я его навещаю, Сразу цинь он берет, для меня ударяет по струнам. Первой песней своей – «Журавлем расстающимся» – тронул. И уже ко второй, где «Луань одинок», переходит... Я хотел бы остаться, пожить у тебя, государь мой, Прямо с этого дня до холодного времени года Тао Юань-мин

Мерная керамическая посудина эпохи Цинь

Глиняные воины из гробницы Цинь Шихуанди

Расписные деревянные фигурки из гробницы княжны Дай, которая была похоронена в 168 г. до н. э.

Древние могильники на Великом шелковом пути

Глиняная модель из могилы II в. н. э., изображающая игроков в игру лю бо («Шесть ученых»), известную в Китае по крайней мере с III в. до н. э. Эта игра – одна из нескольких астрологических настольных игр, которые вместе привели к появлению шахмат История Древнего Китая

Китайский женский придворный оркестр. VIII в. н. э.

История биология (с древнейших времен до наших дней) / под ред. С. Р. Микулинского. – М. : Наука, 1972. Азимов, А. Краткая история биологии. От алхимии до генетики / перевод с англ. А. А. Игоревского. – М. : ЗАО Центрполиграф, 2004. – 223 с. Библиографический список

2.2. Развитие биологических знаний в период эллинизма и в Древнем Риме

От смерти Александра Македонского до завоевания Греции и Ближнего Востока Римом Установление греческого господства на Ближнем Востоке Взаимодействие греческой и восточной культур Период эллинизма

Александрийский маяк был построен в 280 году до н. э. на скале, возвышавшейся на восточном берегу острова Фарос (Форос) на подходах к гаваням Александрии Египет – центр научной мысли

Библиотека города Александрии – восьмое чудо света Птолемей II основал Музей (обсерватория и библиотека). 700 тыс. рукописей. Евклид. Архимед.

Работы Птолемея по астрономии, астрологии, географии, оптике, музыке и т. д.: «Альмагест», «Канопская надпись», «Подручные таблицы», «Планетные гипотезы», «Фазы неподвижных звезд», «Планисферий», «География», «Оптика», «Гармоники», «О способности суждения и принятии решения», «Плод», «Тяжести» и «Элементы», «Четверокнижие» Клавдий Птолемей

Изучал строение человеческого тела Сравнивал анатомическое устройство человека и животных Мозг – центр нервной системы и место сосредоточения умственных способностей Нервные центры и нервы, подчиненные воле и воле неподвластные Впервые указал на различие между артериями (пульс) и венами Движение крови связывал с функцией сосудов Первый в Греции практиковал вскрытие человеческих трупов Герофил

Каждый орган – система из вен, артерий и нервов Нервы – трубки с циркуляцией нервного флюида Установил различие между большим и малым мозгом (мозжечком) Связь извилин мозга с интеллектом Различие между передними (работа мышц) и задними корешками спинно-мозговых нервов (восприятие ощущений) Вскрытие человеческих трупов и живосечения на преступниках Эразистрат открывает причину болезни Антиоха

После превращения Египта в римскую провинцию Александрийская медицинская школа просуществовала еще несколько столетий, но утратила свой прогрессивный характер Известные успехи были достигнуты лишь в области медицинской ботаники Александрийская медицинская школа

Античный материалист. Римский поэт и философ Тит Лукреций Кар (I в. до н. э.)

Поэма «О природе вещей» утверждал бесконечность вселенной допускал возможность жизни на других планетах природа никем не создана и управляется присущими ей самой законами мир материален, тела состоят из атомов и подвержены изменениям спонтанное отклонение атомов от прямолинейного движения – встречи атомов – источник образования новых тел природы Тит Лукреций Кар (I в. до н. э.)

естественное самопроизвольное возникновение живых существ из земли под влиянием влаги и солнечного тепла животные возникли из растений возникновение сначала бесчисленных уродливых, неприспособленных к жизни живых существ появление существ с нормальными функциями – движение, питание, защита от врагов и размножение Тит Лукреций Кар (I в. до н. э.)

развитие организма – результат смешения мужского и женского «семени» передача потомству признаков отца и матери первые люди появились из выросших на земле «маток» материалистическое объяснение психической жизни человека душа состоит из мельчайших и подвижных «первичных телец», неразрывно связана с телом и смертна ощущения – отделение от тел «первичных телец» Тит Лукреций Кар (I в. до н. э.)

Книга по определению полезных для медицины растений: краткие и точные описания растений места произрастания и происхождения растений Диоскорид (I в. н. э.)

Многотомное сочинение «Естественная история»: сборники занимательных и часто неправдоподобных рассказов главный источник об уровне знаний и представлений древних римлян о природе Плиний – римский натуралист

Выдающийся биолог-исследователь античного времени. Великий врач, анатом и физиолог Клавдий Гален (130 – 200)

Изучил анатомию овец, быков, свиней, собак, медведей и других позвоночных животных Сходство в строении тела человека и обезьяны Обезьяна Inuus ecaudatus – основной объект изучения мышечной системы, костей и суставов Анатомия Клавдия Галена

Основа – учение Гиппократа о четырех первичных жидкостях организма Изучение центральной и периферической нервной системы: функции нервов, спинного мозга, способ их действия на дыхание и биение сердца Ошибки – воздух поступает в сердце через дыхательные пути, а кровь проходит из одного желудочка сердца в другой через отверстие в перегородке между желудочками Физиология Галена

Каждый орган человеческого тела был создан богом в наиболее совершенной форме и в предвидении его цели Упрочение авторитета Галена в средневековой христианской Европе Непогрешимость его работ Повторение ошибок Галена Происхождение человека по Галену

История биология (с древнейших времен до наших дней) / под ред. С. Р. Микулинского. – М. : Наука, 1972. Азимов, А. Краткая история биологии. От алхимии до генетики / А. Азимов. – М. : ЗАО Центрполиграф, 2004. – 223 с. Библиографический список

2.3. Биология в Древней Греции, в эпоху эллинизма и в Древнем Риме

Дотеоретический, дофилософский период развития науки: мифология, одушевление и очеловечивание всех явлений природы и общества, нет различения естественного и сверхестественного Возникновение науки как отрицание, преодоление мифологии: появление первых натурфилософских течений Происхождение науки

Зарождение эмпирического научного знания: переход к специальной познавательной деятельности, сбору информации, проверке, накоплению и сохранению, передаче знаний в поколениях. III–II тыс. до н. э. Жрецы. Первоначальные науки – опытные, эмпирические и прикладные Античная философия как первая форма собственно теоретической науки. Древняя Греция (VI в. до н. э.). Биологические знания в Древней Греции до начала V века до н. э. как на Востоке. Знакомство с анатомией человека – из медицины и хирургии Происхождение науки

Гомер «Илиада» и «Одиссея»: данные о домашних животных значение целебных и ядовитых растений Биологические знания в Древней Греции до начала V в. до н. э.

В недрах целостной философии природы возникают первые зачатки античной науки: поиски материального первоначала, из которого путем саморазвития возник мир (Фалес, Анаксимандр, Анаксимен, Гераклит) «Архаический» период (VIII–VI вв. до н. э.)

Материальное первоначало мира – вода. Фалес – основатель Милетской школы Фалес = «мудрец». Купец, предприниматель, гидроинженер, дипломат, политик, провидец (погода и затмения), культурный герой греческой науки и философии Фалес (640 г. до н. э.)

Все произошло из воды Земля плавает по воде подобно дереву «Все полно богов» Магнит «имеет душу», то есть движет железо (пример одушевленности неодушевленного) «Бытие» = «Жизнь»: Все, что есть, живет Жизнь предполагает дыхание и питание Дыхание – псюхе (божество) Питание – вода Устное учение Фалеса

Блаженство тела состоит в здоровье, блаженство ума – в знании Что легко? – Давать советы другим Мудрее всего – время, ибо оно раскрывает все О друзьях должно помнить не только в их присутствии, но и в их отсутствии Афоризмы Фалеса

«Апейрон" (беспредельное) – неопределенная материя в вечном движении Из апейрона образуются живые существа по тем же законам, что и предметы неживой природы Анаксимандр (610–546 гг. до н. э.)

Животные родились из влаги и земли, вышли на сушу Первые животные покрыты чешуей – вышли на сушу, освободились от чешуи Виды животных возникли независимо друг от друга Нет идеи генетической связи и исторического развития животного мира Анаксимандр (610–546 гг. до н. э.)

Происхождение человека от организмов других видов Зародыши первых людей образовались в чреве существ, похожих на рыб После возмужания они скинули рыбью оболочку и вышли на землю в виде мужчины и женщины Античный предшественник Дарвина Анаксимандр (610–546 гг. до н. э.)

Материальное первоначало мира – воздух Душу отождествлял с воздухом Учение о всеобщей одушевленности материи Анаксимен (около 588–525 гг. до н. э.)

Нет специальных положений о живой природе Автор стихийно-диалектического подхода к пониманию природы Ввел представление о постоянном изменении природы Материальное первоначало – огонь Гераклит Эфесский (544–483 гг. до н. э.)

«Все возникает через борьбу и по необходимости» «Расходящееся сходится, из различия образуется прекраснейшая гармония и все возникает через борьбу» Гераклит НЕ предвосхитил идею эволюции органического мира (XIX в.): изменение природы – повторяющийся, замкнутый круговорот Идея исторического развития природы чужда Гераклиту Гераклит Эфесский (544–483 гг. до н. э.)

Философская школа Пифагора господство в мире числовых закономерностей математика, музыка, астрономия, философия, медицина и науки о живой природе проблема источников влияние Пифагора на мыслителей последующих эпох Пифагор и его школа (вторая половина VI в. до н. э., Южная Италия)

На перстне у Пифагора было выгравировано: «Временная неудача лучше временной удачи» Девиз Пифагора Пифагор на фреске Рафаэля (1509 г.)

Врач, астроном и философ Основоположник анатомии и физиологии Анатомировал трупы животных – роль отдельных органов Мозг – ощущения и мышление Роль нервов, идущих от органов чувств к мозгу Развил теорию ощущений Животные – ощущения, человек мыслит Алкмеон Кротонский (конец VI – начало V в. до н. э.)

Условие нормального функционирования организма: равновесие «сил» – влажного и сухого, теплого и холодного, горького и сладкого и др. Нарушение равновесия (излишек теплоты) – заболевание Влияние на развитие греческой медицины Признавал бессмертие души Алкмеон Кротонский (конец VI – начало V в. до н. э.)

Анаксагор, Эмпедокл, Демокрит Биологические воззрения греческих философов-натуралистов V в. до н. э.

Состоит из «семян» или «гомойомерий» («подобночастных») Семена подобны по своим свойствам телам, в состав которых они входят «Нус» (разум) – субстанция, обладающая двигательной и мыслительной способностью Анаксагор (500–428 гг. до н. э.) Строение материи

Пища – смесь семян, из которых состоят ткани тела При пищеварении эти семена разделяются: частички мышц соединяются с мышцами тела, частички крови попадают в кровь и т. п. Процессы питания и роста живых организмов (Анаксагор)

Образование организмов из соединения семян, попавших с каплями дождя с неба на землю, с семенами, находившимися в земле Возникновение во влаге зародышей Развитие живых существ Появление способности рождаться друг от друга Происхождение живых организмов (Анаксагор)

Различие полов – в семени: Семя исходит от самца Самка – место для семени Зародыш мужского пола – в правой стороне матки Зародыш женского пола – в левой У зародыша первым формируется мозг (чувства зрения, слуха, вкуса, обоняния и осязания) Эмбриология Анаксагора

Отсутствие различий между растениями и животными Растения способны ощущать, радоваться и печалиться, имеют ум и знание Человек – самое разумное из всех животных (руки) Анаксагор. Биологические воззрение

Основана на идее взаимодействия противоположностей в воспринимаемом предмете и в наших органах чувств Ощущение всегда связано со страданием Теория ощущений Анаксагора

Философ, врач, физиолог, физик: объяснение затмения Солнца прохождением Луны между Солнцем и Землей свет распространяется с такой большой скоростью, что не замечаем длительности его распространения Эмпедокл (490–430 гг. до н. э.)

Мировая материя (Эмпедокл)

Возникновение живых существ (Эмпедокл)

Стремлением частиц к соединению с себе подобными Ткани человека отличаются пропорциями входящих в них 4 элементов Процессы питания и роста живых организмов

Слух зависит от напора воздуха на ушной хрящ Кровь играет главную роль в организме Главенство органа зависит от количества крови в нем При охлаждении крови наступает сон или смерть Душа умирает вместе с телом Физиология Эмпедокла

Зародыш – при смешении мужского и женского семени Пол зависит от температуры развития зародыша Сходство с родителем, чье семя горячее Первым у зародыша образуется сердце Выбор среды обитания зависит от элементного состава тела Физиология Эмпедокла

Растения появились из земли раньше животных Ощущения возникают от действия подобного на подобное. В глазу – поры с огнем (белый цвет) и водой (черный цвет) Учение о темпераментах Основатель сицилийской школы в медицине Биологические воззрения Эмпедокла способствовали распространению идеи о естественном происхождении живых существ Эмпедокл. Биологические воззрения

Мир состоит из мельчайших неделимых частиц – атомов Атомы вечны и неизменны Атомы движутся в пустоте Рождение – соединение атомов Смерть – разъединение атомов Демокрит (460–370 гг. до н. э.)

При гниении в мягком иле образовались пузыри Внутри пузырей зародились первые животные В зависимости от атомов, животные стали летать, плавать или жить на суше У человека – больше тепла и мелких круглых атомов, составляющих душу Происхождение живых организмов по Демокриту

Семя выделяется всем телом Первым у зародыша образуется пупок, затем живот и голова Уроды – неправильное сращение различных порций семени Эмбриология Демокрита

Гиппократов сборник – полный свод знаний и учений греческих врачей в области медицины, анатомии, физиологии и эмбриологии Великий древнегреческий врач, реформатор медицины Гиппократ и его школа (ок. 460–377 до н. э.)

Отказ от мистики и религии Медицина – это наблюдение, изучение больных, практический опыт Метод эмпирической индукции Влияние факторов внешней среды, возраста, наследственности, образа жизни больного и т. п. Лечить надо не болезнь, а больного Учение Гиппократа об естественных причинах болезней

кровь слизь желтая желчь черная желчь Количественное и качественное соотношения лежат в основе нормальных и патологических процессов в организме человека Учение о 4 жидкостях тела

Изучение строения тела и органов на животных Известны многие органы и части тела: скелет, отдельные кости черепа, конечностей, сочленения Мышцы различали плохо Сухожилия смешивали с нервами и сосудами В полости живота известны желудок, тонкая и толстая кишка, сальник, брыжеечные железы, печень, желчный пузырь, селезенка, почки, мочеточники, мочевой пузырь Детальное строение органов неизвестно Устройство кровеносной системы – разные мнения В сердце известны желудочки и предсердия, полулунные клапаны, артерии и вены Анатомия Гиппократа

Связь мозга с психической деятельностью человека Головной мозг считали железой, окруженной двумя оболочками От него отходит спинной мозг с двумя оболочками Различали зрительный, слуховой, тройничный и блуждающий черепные нервы, плечевой, межреберные и седалищные спинномозговые нервы Анатомия Гиппократа

Дыхание легких необходимо для охлаждения сердца Другая книга Гиппократова сборника: Мозг – железа, освобождающая организм от измененных жидкостей Мозг – орган, вырабатывающий семя Связь мозга с нормальной психической деятельностью человека (мыслительной, восприятием ощущений, эмоций, сновидениями и пр.) и с психологическими заболеваниями Анатомия Гиппократа

«О семени и природе ребенка»: семя происходит из всех частей тела вокруг плода образуются оболочки формирование пуповины для дыхания плода питание плода за счет материнской крови Книга «О диете»: «Все члены отделяются в одно и то же время и растут, и ни один не возникает раньше или позже другого» – идея преформизма Эмбриология Гиппократа

IV–III века до н. э. Платон и Аристотель Биологические воззрения Теофраста

Материальный мир – совокупность возникающих и преходящих вещей – является несовершенным отражением постигаемых разумом идей, идеальных вечных прообразов предметов, воспринимаемых чувствами Мир идей – цель и причина материального мира От созерцания и размышления о предмете перешел к мысли о соотношении наших знаний с предметом Платон включил механизм познания Платон. Объективный идеализм Платон на фреске Рафаэля

Платон (427–347 до н. э.) Диалог «Тимей»

Идеи о соотношении между строением различных органов и их функциями З части души: мозг – высшая, бессмертная часть души сердце, живот – смертны Платон (427–347 до н. э.)

Реальность материального мира Постоянное движение Сенсуалистическая теория познания: источник познания – ощущения, перерабатываемые разумом Аристотель (384–322 до н. э.)

4 больших и 11 малых биологических трактатов Философский дуализм в биологии: материя (возможность) и форма (цель) Аристотель – основатель биологии как науки

Противопоставление материи и формы (Аристотель) Образование зародыша

Растительная (питающая) Чувствующая (живот) Разум растения – питающая душа животные – питающая и чувствующая человек – все три души Учение Аристотеля о трех родах душ

предварительные сведения о животных описание наружных и внутренних органов человека половые различия у животных способы размножения животных размножение человека образ жизни и нравов животных благоприятные и неблагоприятные условия для жизни «История животных» Аристотеля

Аристотель различает в организме: однородные части (или ткани) неоднородные, т. е. органы (глаз, рука и т. д.) «О частях животных»

эмбриология животных и человека происхождение пола наследование признаков возникновение уродств и многоплодия формирование признаков в постэмбриональном развитии «О возникновении животных»

ощущения, воспринимаемые органами чувств умственная деятельность человека взаимоотношение между душой и телом «О душе» Аристотеля

Классификация животных по Аристотелю

«Лестница природы» Аристотеля

Теофраст (370–285 до н. э.)

народные поверья и прикладные сведения о лечебных растениях строение и размножение растений термины – плод, околоплодник и сердцевина различие способов размножения растений (самопроизвольное зарождение, зарождение от семян, корня, клубня, ветви, ствола и черенка) одно- и двудольные растения растения мужского и женского пола «История растений» Теофраста

История биология (с древнейших времен до наших дней) / под ред. С. Р. Микулинского. – М. : Наука, 1972. Азимов, А. Краткая история биологии. От алхимии до генетики / А. Азимов. – М. : ЗАО Центрполиграф, 2004. – 223 с. Библиографический список

2.4. Отношение к образованию и науке в Средневековье

Разрушение хозяйственных и культурных связей в Западной Европе Разобщение и изоляция отдельных районов Глубокий упадок городской культуры Утрата многих достижений науки и техники Установление безраздельного господства церковной идеологии Возникновение и развитие феодализма

V–X вв. – складывание феодальных отношений XI–XV вв. – расцвет феодализма в Европе Периоды Средневековья

вера необходима для познания природы, физика – вспомогательная наука религиозной метафизики природа – иллюстрация истины божественного откровения Опора на ветхозаветное сказание о сотворении мира: мир создан богом, он – реальное воплощение его идей во всех явлениях природы – проявление божественного промысла Особенности средневековых воззрений на природу

Фома Аквинский: «Созерцание творения должно иметь целью не удовлетворение суетной и преходящей жажды знания, но приближение к бессмертному и вечному» Античность: природа – действительность Средневековье: природа – символ божества Опора на идею миропорядка (божественный замысел). Мир – единое, логически стройное целое Особенности средневековых воззрений на природу

Все вещи в мире созданы для человека, и день, и ночь работают на человека и постоянно служат ему Вселенная устроена столь чудесно для человека и ради человека, и на пользу ему Особенности средневековых воззрений на природу

Символическое видение природы: за несовершенным миром вещей существует мир трансцендентный – предмет и цель изучения природы Венсан де Бове: Природа «как бы книга, написанная перстом Божьим» Особенности средневековых воззрений на природу

Реализм: подлинное существование универсалий (общих понятий) Спор между номиналистами и реалистами Номинализм: сущность вещей выражают индивиды, универсалии – словесные обозначения сущности рациональный взгляд на природу

Английский философ, предвестник опытной науки нового времени. «Opus Majus»: не авторитеты, а наблюдения и опыт – источники и мерила научного знания Перелом в развитии науки: переход от аксиоматики к подходу, что «простой опыт учит лучше всякого силлогизма» Роджер Бэкон (ок. 1214–1294)

Философия – общая теория познания, дающая направление другим наукам, должна основываться на данных этих наук Важность физико-математических знаний (математика, физика, астрономия, алхимия, земледелие, знания о растениях и животных) Мечтал о летательных машинах, повозках, движущихся без помощи животных, кораблях, плывущих без парусов, и т. п. Роджер Бэкон

«Письма о могуществе и тайных действиях искусства и о ничтожестве магии»: надежда на всесилие магии нелепа и бесплодна Роджер Бэкон

Описания явлений природы должны быть математически точными Изучение строения и функционирования глаза с позиций физики Живые и неживые тела построены из одних и тех же материальных частиц Живые существа зависят от окружающей среды, солнечного света, тепла и т. д. Биологические представления Роджера Бэкона

Противоречия Роджера Бэкона

Защита рационального начала – вера Наблюдение и опыт как источник знаний – «внутренний опыт», озарение от божественного начала, мистического трансцендентального разума Критика схоластического метода – использование его Противоречия Роджера Бэкона

Жизнь Р. Бэкона – подвиг 1733 г. – опубликовал сочинения Заслуга – зарождение принципов эмпирической науки

Биология не выделилась в отрасль естествознания с собственным предметом изучения Слияние естественнонаучного и образного видения мира Биология не отделились от религиозно-философского восприятия мира Средневековая биология – отражение средневековой культуры Биологические знания в Средние века

Описания упоминаемых в Библии животных и фантастических чудовищ Рассказы из жизни животных с религиозно-нравственными поучениями «Физиолог», «Бестиария»

Изложение библейской легенды о шести днях творения На Руси в X–XI вв. – «Шестоднев» экзарха Иоанна Болгарского Классификация животных по Аристотелю «Шестодневы»

Сведения о животных и растения «Поучения Владимира Мономаха» (XI в.)

Многотомная энциклопедия Разделы «О растениях» и «О животных»: детальные описания растений и животных – заимствования у древних (Аристотель) Альберт фон Больштедт – Альберт Великий Альберт Великий (1206–1280)

Связь жизнедеятельности растений с «вегетативной душой» Функциональное подобие частей растений с органами у животных. Корень = рот Обнаружены растительные масла и ядовитые вещества в плодах растений Селекция культурных растений Идея изменяемости растений под воздействием среды Растения – в алфавитном порядке Альберт Великий «О растениях»

Описательная зоология Аристотель, Плиний, Гален – высшие авторитеты Животные бескровны и обладают кровью Физиология: антропоморфное описание поведения и нравов животных (ум, глупость, осторожность, хитрость животных) Семя возникает во всех частях тела и собирается в органах размножения (по Гиппократу) Женское семя содержит материю будущего плода, а мужское побуждает эту материю к развитию (по Аристотелю) Альберт Великий «О животных»

Поэма «О силах трав»: описания животных подробны и образны о пользе растений или животных млекопитающие: домашние и дикие книга о пресмыкающихся и насекомых, поведении пчел рассуждения о принципах зоологии Венсан де Бове «Зеркало природы»

Книги по психологии, анатомии и физиологии Пять чувств: «общее чувство», бодрствование, сон и сновидения, экстаз, восхищение и пророчество Анатомия – подробное описание человеческого тела (по данным античных и арабских авторов) Венсан де Бове «Зеркало природы»

Растение или животное – символы идеи творца Уши для слов людей, глаза – воспринимать слово Божие Агнец и единорог – символы Христа Голубь – символ Святого Духа Дракон, змей и медведь – символы дьявола Виноградная лоза – знак Христа Лилия – невинность Кедр – стойкость Символический характер

Принцип классификаций растений и животных: алфавитное расположение по символам растений или животных («мужество» – лев) «О поучениях и сходствах вещей» Иоанн де Санто Джеминиано из Сиены (первая четверть XIV в.)

Алхимия (с IV в. н. э.) Успехи алхимии Научные открытия Практические задачи Новые технологии получения красок, стекол, лекарств, сплавов, разнообразных химических веществ Развитие экспериментального естествознания

Проблемы алхимии Философский камень для получения золота Эликсир долголетия Универсальный растворитель Связь практики с астрологией и магией Гомункулюс Самозарождение Алхимия (с IV в. н. э.)

Объекты алхимии – минералы, растения, животные Алхимический свод биологических знаний Изучение процессов гниения, брожения – химический состав растений «Книга растений» (XV в.) Иоанн Исаак Голланд

Парацельс, выполняющий свои опыты по возрождению Проблема самозарождения

Природа – итог Бога Человек – итог природы Завершение великой работы

Из книги “Vitae Ilustrium Virorum”: «Велик в магии, силен в философии и непревзойден в теологии» Воспитатель Фомы Аквинского в алхимии и философии Конструирование автомата со способностями к речи и мышлению Парацельс – “О нимфах, сильфах, пигмеях, саламандрах и о прочих духах” Альберт Великий – алхимик

Изучение животных и растений для медицины (лечебные действия трав и минеральных веществ) врачующими монахами Роджер Бэкон: об инстинктах и поведении животных и человека. Животные – восприятия, человек – разум Роджер Бэкон «Учение о перспективе»: объяснение душевных явлений из оптико-геометрических представлений Медицина в Средние века

Медицина, химия, физика, астрономия, геология, математика, лингвистика, история и философия «Канон врачебной науки» «Книга исцелений» Абу Али Ибн Сина (Авиценна) (980–1037 гг.)

«Все, что ищется для мудрости, все это есть и в медицине» Авиценна

Дурные мысли и чувства могут быть пагубны и для человека (эксперимент с барашками) В малых дозах алкоголь защищает от болезней (антиоксиданты) «Если придать индийцу натуру славянина, то индиец заболеет или даже погибнет. То же будет со славянином, если ему придать натуру индийца» Идеи Авиценны

«Почему со мной бывало то светло, то темно?» «Мама, извинись перед служанкой!» Легенды об Авиценне

Диагноз: различал 48 разновидностей пульса и 28 видов дыхания Впервые применил около 70 лекарственных средств (камфора, ревень, мускус и др.) Периодически менял лекарства, «чтобы естество к ним не привыкало» Любую болезнь легче предотвратить, чем лечить (эпидемия чумы и холеры) Состав мочи отражает не только возникновение, но и каждую фазу течения болезни Идеи Авиценны

Подготовка пациента к операции Наложение швов после операции Накладывание повязок Вправление плеча при вывихе Выправление позвоночника с помощью особых досок Обработка свежих ран вином или спиртом «Канон врачебной науки» Авиценны

Уйти нам трудно от мирских забот, Но Вечность постигает тот, Кто хоть на шаг сойдет с тропы привычной И путь проложит, от других отличный. Уединись! В кругу людей твой Разум Прельщен соблазнами и крепко связан Авиценна

Субстрат любых жизненных и психических явлений – пневма (летучая субстанция, зарождающаяся из четырех парообразных соков организма) Пневма – носитель различных (душевных) сил, они присущи ей изначально Идеи Авиценны

Подход к накоплению человечеством интеллектуального богатства: благородные дела и мысли людей не умирают, а собираются в некоем хранилище Авиценна как мыслитель. Труды по эстетике и философии – «мост» между античным миром и Ренессансом Авиценна как философ

Основатель нового жанра в поэзии – философского Трактат «Живой, сын Бодрствующего» (Данте, Дефо) «Неужели мир так и не удостоится чести, чтоб им правили мудрецы?» Авиценна как философ

«Травник из Гланстобери» (первая половина X в.): подробное описание лекарственных растений Эдвард Уоттон «О различии животных» (первая половина XVI в.) Моуфет труд по описательной энтомологии (XVI в.) Сочинения в практической описательной биологии

«Божественная комедия» Данте А. «Витязь в тигровой шкуре» Ш. Руставели «Искандер-Намэ» Низами Интерес к природе в художественных произведениях

Поэтические описания путешествий (Персия, Аравия, Индия) Поэма «О свойствах животных» Поэма «Краткое описание слона» Поэма «О растениях» Мануил Фил (XII–XIV вв.)

Продвижение вперед – в борьбе между рациональным и теолого-мистическим взглядами на природу Социально-экономические условия задержали прогресс, но не смогли его остановить Быстрое разложение феодализма – развитие науки и техники Религиозно-догматическое мышление вытесняется рационалистическим мировоззрением. Вера в опыт как инструмент познания Естествознание в Средние века

Глава 3 От естественной истории к современной биологии (биология Нового времени до середины XIX в.)

3.1. Развитие ботанических исследований

Развитие ботанических исследований (XV–XVIII вв.) Описание и классификация большого числа растительных видов Период «первоначальной инвентаризации» растений Разработка основных понятий ботанической морфологии Начало научной терминологии Выработка принципов и методов классификации растений Создание первых систем растительного царства

Попытки классификации растений в XVI в. Ограниченность ботанических сведений из античного мира и Средневековья Основные источники сведений: труды Теофраста, Плиния, Диоскорида, Колумеллы, Альберта Великого, «травники» с описанием и изображением немногих полезных растений

Задачи ботаники исследовать местную флору разобраться в растительном покрове, описать его состав выделить главные формы растений систематизировать и классифицировать растения по определенным, легко распознаваемым признакам

«Отцы ботаники» И. Бок, О. Брунфелс, Л. Фукс, П. Маттиоли, М. Лобеллий, К. Клюзиус, К. и И. Баугины и др. Сочинения: описания и рисунки значительного числа растительных видов XVI в. – составление гербариев Род назван в честь Л. Фукса, немецкого врача и ботаника (1501–1566)

Иероним Бок – немецкий ботаник (1498 – 1554) Описал 567 видов растений Объединил близкие растения в группы (семейства губоцветных, сложноцветных, крестоцветных, лилейных и др.) Нет сознательных принципов классификации Группировка растительных форм по общему сходству

Леонард Фукс (1501–1566) Введение морфологических терминов для облегчения описания и сравнения растений Описание растительных форм по внешней форме и размерам Сигнатуры – характеристики о значении: растение красного цвета помогает при заболеваниях крови форма листа – сердце: для лечения сердечных заболеваний растения с желтым цветами – для лечения печени под одним названием растения различных видов

Карл Клюзиус (1525–1609), классификация растений деревья, кусты и полукустарники луковичные растения хорошо пахнущие растения непахнущие растения ядовитые растения папоротники, злаки, зонтичные и др.

Маттиас Лобеллий (1538–1616) Классификация растений: по форме листьев группа злаков близка группам лилейных и орхидей «род пшеницы» – все растения полей (сорняки)

Каспар Баугин (1560–1624) Изучил и описал около 6000 видов растений Описание форм в виде диагнозов Зачатки бинарной номенклатуры Четырехчленные названия

Классификация растений Каспара Баугина

Описание видов и родов Виды: ясные характеристики отличительные особенности Систематические единицы выше рода различали плохо

Андреа Чезальпино (1519–1603) Итальянский врач, ботаник и философ. Написал 16 книг по ботанике, изучал вопросы морфологии и физиологии растений и их классификацию Растение – несовершенное животное Основные функции растения – питание (корень) и размножение (стебель) Семена – «душа»

Принципы классификации: семена, плоды и защищающие их «оболочки» – цветки лучше чисто эмпирических и о наивных приемах классификации классификация – искусственная цезальпиния или попугаев куст – сем. бобовых, названа в честь Андреа Чезальпино. Из древесины и бобов производят красящие вещества Принципы классификации Андреа Чезальпино

Вклад в систематику растений Иоахим Юнг (1587–1657)

Вклад в систематику растений Иоахима Юнга (1587–1657) Заложил основание ботанической морфологии и органографии Диагностика различных органов растений Все растительные органы, сходные по своей «внутренней сущности», должны носить одно и то же название, хотя бы даже они и были различны по форме Близок к понятию гомологии органов растений как критерию для сравнения различных растительных органов между собой

Вклад в систематику растений Иоахима Юнга (1587–1657) Показал необходимость учета всего комплекса основных признаков растений Отвергал телеологический аристотелевский подход к растительному организму Уточнил существующую и ввел новую ботаническую терминологию

Роберт Морисон (1620–1683) «Новая систематика зонтичных растений» (1672)

Английский натуралист Джон Рей (1627–1705) «История растений», 3 тома (1686)

Джон Рей «История растений» (1686) описание растений морфологические идеи и терминология Юнга 31 группа растительного мира, близких к естественным (злаки, крестоцветные, губоцветные, мотыльковые и др.) разделение на однодольные и двудольные попытка дать четырехчленную классификацию различал понятия рода и вида род разделял на три: genus (род в узком смысле), genus subalternum (порядок или семейство), genus summum (класс) классы в виде восходящего ряда в порядке усложнения

Французский ботаник Жозеф Турнефор (1656–1708) Изучил и описал около 500 родов растений Основа классификации – строение венчика Деревья, кустарники и травы разделил на 22 класса Ввел четырехчленное разделение систематических категорий: класс, секция (отряд), род и вид Давал детальные диагнозы родам Фитогеографические сведения

Классификация Жозефа Турнефора

Изобретение микроскопа

История изобретения микроскопа XII–XIII вв. – очки (ремесленные мастерские) Вторая половина XVI в. – камера-обскура и первая сложная оптическая труба

Камера-обскура Схема камеры-обскуры внутри вертикального солнечного телескопа Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга (МГУ)

Пятна на солнце: телескоп (слева) и камера-обскура (справа)

Камера-обскура Возможность эксперимента с гигантской обскурой дают крупные архитектурные сооружения – средневековые готические соборы или даже античные купольные сооружения, подобные римскому Пантеону

Эффект камеры-обскуры в кафедральном соборе г. Севильи На полу собора рядом расположились два изображения Солнца одинакового размера — яркое справа и тусклое левее, каждое диаметром 27 см

а) Рисунок поверхности Солнца, сделанный в кафедральном соборе г. Севильи 8 июля 1998 г.; б) Фотография Солнца, полученная 8 июля 1998 г. на телескопе MWLT (Mees Solar Observatory, University of Hawaii)

История изобретения микроскопа (начало XVII в.) Голландцы – отец и сын Янсены? Галилей? 1617–1619 гг. – сложные двухлинзовые микроскопы с выпуклыми одиночными объективами и окулярами в Англии или Голландии – физик Дреббель?

История изобретения микроскопа (начало XVII в.) XVII–XVIII вв.– усовершенствование оптической системы и конструкции штативов Рассмотрение объектов не в падающем, а в проходящем свете Конец XVIII в. – устранение сферической и хроматической аберрации

Роберт Гук (1635–1703) «Микрография или некоторые физиологические описания мельчайших телец при помощи увеличительных стекол» (1665 г.)

Таблица из «Микрографии» Роберта Гука с изображением срезов пробки описал клеточное строение растительных тканей клетки как поры, пустоты, «пузырьки» между растительными волокнами

Марчелло Мальпиги (1628–1694) Описал микроструктуры листьев, стеблей и корней Детально изучил строение стебля (коры, древесины и сердцевины)

«Анатомия растений» М. Мальпиги Рисунок из «Анатомии растений» Мальпиги, изображающий открытые им элементы внутреннего строения растений: N – «пузырьки» M – волокна древесины K – спиральные трубки

Классический опыт М. Мальпиги Два тока: восходящий и нисходящий Нисходящий состоит из соков, за счет которых живут и растут ткани растения

Марчелло Мальпиги (1628–1694) Обнаружил сосудисто-волокнистые пучки и их отдельные элементы, указал на их непрерывность в теле растения Исследовал органы размножения растений Не понял функций цветка и его частей: семяпочка как яйцо, завязь как матка

Неэмия Грю (1641–1712) Исследователь строения растений Автор «Анатомии растений» (1682 г.) Установил понятие «ткань» Описал строение разных тканей растений Любая ткань состоит из переплетений сходных элементов – волокон: трактовал ткани по аналогии с кружевами и тканями, вырабатываемыми человеком Клеточки – пузырьки между волокнами

Карл Линней (1707–1778) Разработал лучшую из искусственных классификаций Автор трудов: «Основания ботаники», «Философия ботаники», «Роды растений», «Виды растений», «Система природы» и др. Описание большого количества растительных и животных форм, их точная диагностика и удобная систематизация «Виды растений» (1761 г.): описано 1260 родов и 7560 видов, выделены разновидности

Система растений К. Линнея (24 класса)

Сексуальная классификация К. Линнея Основа классификации – характерные особенности тычинок и пестиков Внутри классов выделял отряды по характеру строения женских органов растения – пестиков

Схематическое изображение 24 классов линнеевской системы растений 13 классов – по числу тычинок 14, 15 – по длине тычинок 16–18 – по характеру срастания тычинок 19 – по признаку срастания пыльников

20 – по способу срастания нитей тычинок со столбиком пестика 21 – однодомные 22 – двудомные растения 23 – растения, одна часть цветков которых раздельнополая, другая обоеполая 24 – тайнобрачные Схематическое изображение 24 классов линнеевской системы растений

Система К. Линнея Система К. Линнея – искусственная: растения делились на группы на основании единичных признаков Множество ошибок Сознавал искусственность системы, условность классификации по произвольно выбранным признакам Вторая классификация: 65–67 порядков (семейств) Нет точных критериев этих порядков

Путешествие в Лапландию Куропаточья трава (по рисунку Линнея в рукописи «Путешествие в Лапландию»

Заслуги Карла Линнея Окончательное утверждение бинарной номенклатуры «Стандартизация» ботанической терминологии Краткие и четкие диагнозы (перечень характеристик растений) Различал классы, отряды, роды, виды, разновидности

Понятие «естественная группировка» Господство приемов искусственной классификации – XVIII в. Попытки объединения на основе общего сходства растений – XVIII в. Понимание того, что природе присущ «естественный порядок», «естественное сходство» растений Искусственная систематика – «технический» прием Поиск более совершенных методов классификации для отражения естественной близости отдельных форм

Причины трудностей при создании естественных систем Уровень науки этой эпохи Недостаток критериев для систематики (сравнительно-морфологических) В понятия «естественный» и «сродство» не вкладывалось эволюционное содержание, представление о родстве растительных форм Стремление создать естественные группировки растений – предпосылки для эволюционного учения

Мишель Адансон Мишель Адансон (Michel Adanson), французский ботаник, известный Исследователь тропической Африки. В труде «Семейства растений» (1763) предложил естественную систему и впервые применил математические методы в систематике растений Использование не какого-нибудь одного признака, а их комплекса Не учитывал значимости отдельных признаков, их качественную неравноценность для классификации

Бернар Жюссье В 1759 г. сгруппировал на грядках королевского сада в Трианоне в Версале около 800 родов растений в 65 «естественных порядков» (по Линнею) Каталог растений Трианона опубликован в 1789 г. в книге «Роды растений» Антуана Лорана Жюссье

Система Бернара Жюссье 15 классов 100 порядков (семейств) около 20 000 видов 3 группы классов: бессемядольных, однодольных и двудольных классы и семейства были расположены в порядке восходящего ряда критерии естественных групп: «взвешивать» признаки, выявляя наиболее характерные, важные и постоянные, устанавливая их субординацию и отмечая корреляцию между ними

Система Бернара Жюссье Многие группы – естественный характер Сильны пережитки искусственной классификации: выделение «классов» по единственному признаку (положение завязи)

Жан Батист Ламарк (1744–1829)

«Флора Франции» (1778): критика систем Линнея, Б. Жюссье и Турнефора Бинарная номенклатура Определительные таблицы на дихотомическом принципе «Классы растений» (1786): Подразделил растительный мир на 6 классов и 94 семейства Приблизился к естественной классификации Мысль о градации различных уровней организации

«Естественная история растений» (1803): 7 классов, заключающих 114 семейств и 1597 родов Расположил все формы в порядке восхождения от простого к сложному: от грибов, водорослей и мхов до многолепестковых цветковых растения Объяснение связи между различными группами растений в эволюционном смысле

Декандоль (1806–1893) Ботаническая систематика Подготовка третье издание «Флоры Франции» Ламарка (1805 г.) Автор одной из оригинальных естественных систем растительного мира Работы по морфологии растений

Флористические исследования в путешествиях И. Г. Гмелин «Флора Сибири» (1747 – 1796): описано 1178 видов растений (из них около 500 новых видов) С. П. Крашенинников «Описание земли Камчатки» (1755) П. С. Паллас «Путешествие по разным провинциям Российской империи» (1773–1788) и «Флора России» (1784–1788)

Александр Гумбольдт (1769–1859) «Картины природы»: растительный покров земного шара (Америка, Средний Урал, Алтай) основы географии растений

Предпосылки для зарождения физиологии растений Развитие ботаники и анатомии растений Потребности сельского хозяйства (условия для выращивания урожая) Распространение в XVII в. экспериментального метода: использование методов химии и физики для объяснения явлений в жизни растений

Почвенное питание растений Б. Пиласси «Истинный рецепт, посредством которого все французы могут научиться увеличивать свои богатства» (1563): первая попытка научного толкования питания растений объяснение плодородия почв наличием в них солевых веществ (предвосхищение минеральной теории плодородия почв)

Первый физиологический эксперимент (1600 г.) Ван Гельмонт, выращивая ивовую ветвь в сосуде с определенным количеством почвы, при регулярном поливе, через пять лет не обнаружил какой-либо убыли в весе почвы, в то время как ветка выросла в деревцо Вывод: своим ростом растение обязано не почве, а воде 1661 г. – Р. Бойль: источник роста растений – вода (опыт с тыквой)

Водная теория питания растений Для нормального роста и развития растений достаточно одной чистой воды Питание растений – процесс, происходящий за счет активной синтетической деятельности растений Средневековье: пассивное всасывание корнями из земли готовой пищи

Марчелло Мальпиги (1628–1694) Экспериментальное подтверждение идеи активности растения как живого организма Предположение: участие листьев и солнечного света в процессе питания растений Сочетал изучение строения органов растения с изучением функций

М. Мальпиги «Анатомия растений» Описание микроскопических структур стебля: сосуды со спиральными утолщениями в стенках (трахеи) для проведения питательных веществ Опыты по кольцеванию стеблей

Движение соков объяснял разницей давления окружающего воздуха и воздуха, находящегося в трахеях Из листьев переработанный сок передвигается по коре в стебель и к другим частям растений, осуществляя их питание и рост М. Мальпиги «Анатомия растений»

Восходящие и исходящие токи и их связь с процессом питания растений Существование в древесине и коре каналов, содержащих млечный сок, смолистые вещества и воздух Воздух растению так же необходим, как и животному М. Мальпиги «Анатомия растений»

Стивен Гейлс Учение о движении соков в растении и сущности процессов их питания Начало физики «Статика растений» (1727) Причины передвижения воды в растениях снизу вверх: Действие капиллярных сил пористого тела Корневое давление Засасывающее действие листьев при испарении

Искусственное опыление финиковых пальм. Разрозненные сведения о наличии пола

Адам Залузянский «Метод гербария» (конец XVI в.) «Андрогинные» (гермафродитные) растения Раздельнополые (двудомные) виды Предупреждал против возможного смешения половых отличий и видовых признаков

Грю, Дж. Рей, XVII в Описал тычинки, пыльцевые зерна, пестики, семяпочки, семена растений Тычинки и пестики имеют отношение к зарождению семян

М. Мальпиги Тычинки (и лепестки) – органы для выделения из растений «избыточной жидкости» и «очищения» сока, идущего на построение семян

Экспериментальное доказательство наличия пола у растений (1678 г.) Смотритель Оксфордского ботанического сада Я. Бобарт показал на двудомном гвоздичном растении Lychnis необходимость пыльцы, производимой мужскими цветками, для образования семян в женских цветках В 1695 году Рудольф Якоб Камерариус выдвинул шокировавшую всех идею, что тычинки цветов соответствуют мужским половым органам животных, а пестик — женским

К. Линней «Свадьба цветов»: «Весной, когда солнце поднимается к зениту, растения тоже охвачены чувством любви», – не знал, как функционирует половой аппарат у растений Кристиан Конрад Шпренгель (1787), эссе «Только что раскрытая загадка природы, касающаяся строения и оплодотворения цветов». Впервые была разрушена иллюзия, что растения не имеют пола. Сравнил цветы у растений с половыми органами у животных, описал половой контакт у растений, роль насекомых и ветра Запрещено преподавать, книга запрещена!

3.2. Развитие зоологических исследований

Развитие описательной и систематизирующей зоологии Отличие от ботаники: больший масштаб «первичной инвентаризации» многочисленных видов животных работа по классификации животных, созданию рациональных систем животного мира велась слабее область низших беспозвоночных животных мало затронута исследованием

Швейцарский натуралист Конрад Геснер (1516–1565) Интенсивная работа по составлению сводок энциклопедического характера, содержавших описание животных в XVI в. Родился в Цюрихе Бедняк Окончил университет, звание профессора греческого языка Склонность к порядку Порядок древних рукописей Порядок среди животных и растений Путешественник Знание языков Классификация растений Создание в Цюрихе ботанического сада

Труды Плиния и Аристотеля Собирал рассказы (о Бернакельском гусе – вырастал из обломков сосны на морских волнах. Сначала как капелька смолы, твердая скорлупа, оперение, плавание, улет) Усоногий рачок – морская уточка Зародившиеся так птицы –«постные», можно есть монаху Декрет Папы Римского: казарка, Бернакельский гусь, объявляется скоромной пищей Превращение плодов в уток (рисунок 1596 года) Швейцарский натуралист Конрад Геснер

Дюре (1605 г.) Превращение плодов в рыб и птиц (по книге Дюре, 1605 г.)

Геснер, 1598 г. Базилиск, сфабрикованный из ската.

Это была первая большая книга по зоологии. В ее четырех частях было собрано все, что знали в те времена о животных. Это был еще на «порядок», но намек на него: материал собран, а о классификации в те времена боялись и думать. И все же Геснер описал отдельно рыб, отдельно птиц, и так далее всех по очереди. Ламантины, киты, дельфины и иные рыбоподобные существа причиняли ему много хлопот. Они были очень странны на вид, а некоторые из них даже походили на человека: авторы и художники приложили к тому немало стараний. Так появились описания «морских монахов»

Семиголовая гидра (1530 г.) Венеция. Разоблачение Геснером

Описания и попытки классификации животных в XVI–XVII вв. Конрад Геснер «История животных»: 1-й том – млекопитающие 2-й том – яйценесущие четвероногие 3-й том – птицы 4-й том – водные животные (рыбы) 5-й том – сборный

Геснер (1598) «Морской монах» Ломантины, киты, дельфины и иные рыбоподобные существа походили на человека Описания «морских монахов» и «морских епископов», «морских чертей», русалок и т. п. в книгах о природе Геснер – рисунки Отнес «морского монаха» (млекопитающее) в раздел рыб

«Морской черт», Адриатика, начало XV в. (Геснер, 1598 г.)

Морская змея (Геснер, 1598 г.)

Киты (Геснер, 1598 г.)

Описания и попытки классификации животных в XVI – XVII вв. Конрад Геснер «История животных» Материал – в алфавитном порядке Правила описания вида: название животного, сведения о его географическом распространении, строении тела и жизнедеятельности, его отношении к среде; инстинкты, нравы и т. д., значение для человека, сведения из литературы

Конрад Геснер (1516–1565) Не было ясных представлений о виде Не было четкой номенклатуры и терминологии Случайно сближал формы действительно близкие или группировал их произвольно Трудам присущи элементы самостоятельного исследования Главная ценность – обширная популяционная «сводка»

Обширные популяционные «сводки» Конрад Геснер «История животных» Французский врач и зоолог Г. Ронделе, описание рыб (1554) П. Белон изучил и описал птиц (1555) Итальянец У. Альдрованди описал птиц и рыб (1599–1603) Т. Моуфет (данные Геснера и Т. Пенна), труд о насекомых

Эдвард Уоттон (1492–1555) «О различиях животных» (1552) Описание большого количества высших и низших животных Принципы аристотелевской классификации Встречаются и естественная группировка животных, и весьма искусственное их объединение

Джон Рей (1627–1705) Работы, посвященные классификации животных (особенно позвоночных)

Классификация животных Джона Рея (по Аристотелю)

Классификация беспозвоночных животных (Джон Рей)

Классификация животных (Джон Рей) при выделении частных подразделений учитывал особенности в строении животных легочнодышащих и яйцекладущих с одним желудочком сердца выделил в отдельную группу принимал во внимание строение других органов (челюстей) учитывал особенности строения и метаморфоза насекомых

Немецкий натуралист Я. Клейн Сводки, посвященные птицам, рыбам, моллюскам и различным морским беспозвоночным Попытка разработать принципы искусственной классификации животных

Выработка принципов систематики в зоологии Хуже, чем в ботанике Не ясны подразделения в пределах крупных систематических групп Не было четких критериев для систематизации Неопределенным было употребление понятия «род» В пределах рода отдельные виды четко не выделялись (все виды летучих мышей – «летучая мышь»)

Почему? Ботаники, обслуживая потребности медицины, сельского хозяйства или производства, должны были уметь весьма точно отличать виды, ибо разные виды одного рода часто имели весьма различные технологические или лечебные свойства Зоологический же материал в большинстве случаев не требовал столь тонкой дифференцировки

Карл Линней. Классификация животных К. Линней «Система природы» (1735г.) – первая классификация животных До начала XIX в. – система из 10-го издания (1758)

Заслуги Карла Линнея Введение четких 4-членных таксономических подразделений (класс – отряд – род – вид) Вид – разновидности («вариации») Ступенчатое многообразие органических форм – субординация систематических категорий

Классификация животных К. Линнея Шесть классов: млекопитающие птицы амфибии рыбы насекомые черви

Классификация животных К. Линнея 1-й класс – млекопитающие: 4-камерное сердце теплая и красная кровь живородность выкармливание детенышей молоком тело покрыто волосами отряд «приматов» («князей животного мира»): человек и человекообразные обезьяны homo sapiens «познай самого себя»

Классификация животных К. Линнея 2-й класс – птицы: откладывают яйца тело покрыто перьями

Классификация животных К. Линнея Бескрылая гагара (север Атлантического океана). Названа и описана Линнеем, полностью истреблена в 1844 году

Классификация животных К. Линнея Дронт (остров Маврикия). Названа и описана Линнеем, полностью истреблена в конце XVII в.

3-й класс – гады или амфибии: кровь холодная дышат легкими соединил земноводных и пресмыкающихся 4-й класс – рыбы: кровь холодная дышат жабрами Классификация животных К. Линнея

5-й класс – насекомые: имеют кровяную жидкость сердце без предсердий щупальца членистые Ошибка: многоножки, ракообразные и паукообразные Классификация животных К. Линнея Южноамериканский жук-геркулес, самец и самка

6-й класс – черви: отличаются от насекомых нечленистыми щупальцами ошибка: включил моллюсков, «раковинных», «зоофитов» и др. Классификация животных К. Линнея

Несовершенство классификации К. Линнея искусственные и недифференцированные классы червей и насекомых искусственные отряды на основании одного произвольно выбранного признака объединял в отряд далекие формы

по строению клюва в одном отряде страус, казуар, павлин, курица и другие слон, морж, ленивец, муравьед и ящер объединены по признаку строения зубной системы классификация мало дифференцирована: род Lacerta включал крокодила, ящерицу, саламандру, хамелеона и др. Несовершенство классификации К. Линнея

Заслуги Карла Линнея Изучил, описал и систематизировал свыше 4000 зоологических видов Система Линнея – венец искусственных систем была широко принята Большинство ученых XVIII в. придерживалось взглядов Линнея в зоологических исследованиях

Жорж Бюффон (1707–1788) Изучение и описание разных сторон жизни животных Ж. Бюффон «Естественная история», 36 томов Очерки о жизни животных, их распространении, жизнедеятельности, связи со средой и т. д.

Основатель зоогеографии Элементы трансформистских воззрений Жорж Бюффон

Белый медведь Бюффон, в 26 лет –академик Описывал вскрытия Добантона Успех книг Первый натуралист мира Конкурент – К. Линней «Попытка втиснуть живую природу в рамки мертвых схем» Жорж Бюффон

Жираф

Фламинго

Молодой шимпанзе (рисунок 1738 года)

Французский естествоиспытатель Рене Реомюра 6 томов «Мемуаров по истории насекомых» (1734–1742) Строение и жизнедеятельность насекомых Подробные описания инстинктов насекомых

Зоологические исследования Швейцарский натуралист Ш. Бонне: регенерация червей, партеногенетическое размножение тлей, метаморфоз многих насекомых Швейцарец А. Трамбле: питание, размножение и регенерация гидры

Лаццаро Спалланцани (1729–1799) Исследования регенерации и оплодотворения у низших позвоночных Исследования самозарождения

Зоологические сочинения Монографии, посвященные отдельным классам животного мира Большой систематический материал Сведения о жизни животных Труды датского энтомолога И. Фабрициуса Французский естествоиспытатель Ж. Брюгьера (беспозвоночные, моллюски) Б. Ласепед – сводки по естественной истории рыб, амфибий и рептилий

Зоологические сочинения М. Бриссон, 6-томное сочинение по орнитологии (1760) В XVIII в. получили дальнейшее развитие микроскопические исследования простейших В конце XVIII в. изучено около 18–20 тыс. видов животных Сделано много важных наблюдений и открытий в области зоологии

Путешествия в XVII–XVIII вв. Расширение сведений зоогеографического характера Собран большой новый фаунистический и зоогеографический материал Русские натуралисты С. П. Крашенинников, Г. В. Стеллер, П. С. Паллас, В. Ф. Зуев, И. И. Лепехин, И. Гильденштедт, Н. Я. Озерецковский

Изучение ископаемых организмов Ископаемые организмы были известны с древнейших времен В XVI – XVII вв. расширение сведений об ископаемых организмах Французский натуралист-любитель Бернар Палисси собирал и описывал ископаемые останки животных 1575 г. – демонстрация коллекции Б. Палисси в Париже Описание ископаемых остатков животных и растительных организмов

Изучение ископаемых организмов Немецкий ученый XVI в. Георг Бауэр Работы по геологии, минералогии и горному делу XVII в. – описания ископаемых моллюсков, плеченогих, иглокожих, рыб – Николаус Стено, Колумн и др. XVIII в. – данные об ископаемых организмах Джон Хантер – коллекция различных окаменелостей Швейцарец Н. Ланге (1708 г.) – «История ископаемых» (163 рисунка остатков ископаемых животных)

Изучение ископаемых организмов А. Жюссье (1718 г.) – описание многочисленных отпечатков ископаемых растений при разработке угля Конец XVIII в. – обзорные сочинения с точными иллюстрациями

Что такое ископаемые формы? Ископаемые формы – звенья в цепи развития живых существ, генетически связанные с современными животными и растениями XV–XVII–XVIII вв.: ископаемые – «своеобразные камни» (lapides sui generis), «игра природы» (lusus naturae) Возникли под влиянием различных мистических сил: «осеменяющий воздух», «созидающий воздух» (aura seminalus) и т. п. «Осеменяющее начало», происходящее от тех или иных животных, действуя на камни, придает им форму животных (Ланге)

Леонардо да Винчи, Фракасторо, Палисси, Агрикола, Гук, Хантер, Рей, А. Жюссье, Бюффон, Ломоносов, Адансон и др. Бюффон, середина XVIII в.: ископаемые являются остатками живших форм М. В. Ломоносов: трактат «О слоях земных» (1763): «видимые телесные на земле вещи и весь мир не в таком состоянии были с начала от создания, как иные находим, но великие происходили в нем перемены» Что такое ископаемые формы?

Теория катастроф Ископаемые остатки – это остатки организмов современных видов, погибших в большом количестве во время каких-то катастроф или библейского всемирного потопа Метафизика: неизменность органического мира Обнаружение при раскопках остатков организмов, непохожих на современных: принадлежат ныне живущим, но не обнаруженным видам, обитающим в других странах, и т. п. А. Жюссье: нахождение во Франции ископаемых остатков растений тропического пояса. Катастрофа: переброс во Францию

«Мировые катастрофы» Ссылки на «мировые катастрофы» Учение о катастрофах = библейское предание о всемирном потопе 1681 г. – «Священная история Земли» Бэрнета 1708 г. – Уистон вычислил, что «всемирный потоп» произошел 18 ноября 2349 г. до н. э. и вызван влиянием кометы

Идея «униформизма» в XVII в. М. В. Ломоносов, Н. Демаре, Б. де Майе, Дж. Геттон и др. Изменение земной поверхности происходило медленно и постепенно под влиянием современных сил (действие воды, атмосферных агентов и т. д.) Начало XIX в. – Ламарк, «Гидрогеология» (1804) И. А. Двигубский «Слово о нынешнем состоянии земной поверхности» (1806) Середина XIX в. – развитие в трудах К. Гоффа, П. Скропа и особенно Чарльза Лайелла Предпосылки для победы эволюционного учения

3.3. Развитие исследований по анатомии, физиологии, сравнительной анатомии и эмбриологии животных

Запросы практической медицины Обширный зоологический материал требовал углубления знаний: О строении животных (анатомия) О функциях отдельных органов (физиология) Причины развития анатомии и зоологии

Леонардо да Винчи вскрывал трупы делал вивисекции, анатомические рисунки (строение животных и человека). Динамическая анатомия (органы в движении и жизнедеятельности) близок к пониманию процесса кровообращения, описание щитовидной железы, изучение органов чувств, нервной системы Зачатки сравнительной анатомии. Труды не опубликованы более 400 лет Анатомия животных и человека в XVI–XVII вв.

«Семь книг о строении человеческого тела» (1543) профессор анатомии в Падуе. Традиция: запрет на вскрытие трупов. Знания из книг Аристотеля и Галена. Несогласие с ними – ересь Везалий: вскрытие трупов, разработка методов препарирования, пересмотр терминологии, против догматических взглядов Андреас Везалий (1514–1564)

«Семь книг о строении человеческого тела»: топографическая и описательная анатомия человека (скелет, связки и мышцы, сосуды, нервы, органы пищеварения и мочеполовая система, сердце, мозг и органы чувств). Анатомические штудии основоположника анатомии Андреаса Везалия Андреас Везалий

Родился 31 декабря 1514 г. Знаменитый хирург и основатель новейшей анатомии Отголоски старого: дыхание как «охлаждение крови», разделял телеологические взгляды Галена Установил, что правый и левый желудочки сердца не сообщаются между собой Это предпосылка для работ Гарвея. Ошибка: кровь просачивается из одного желудочка в другой. Преследования со стороны церковников Андреас Везалий

Г. Фаллопий – череп, органы слуха, женские половые органы В. Евстахий – зубная система, органы слуха, почки Д. Фабриций – органы пищеварения Н. Стено – мышечная система Ф. Глиссон – строение и функции печени Томас Виллис – XVI в., анатомия центральной нервной системы Г. Азелли, Ж. Пекэ, Т. Бартолин и др. – лимфатическая система, млечные сосуды и т. д. Анатомы XVI – XVII вв.

Описание малого круга кровообращения Активно пропагандировавший свои идеи Мигель Сервет пострадал куда больше, чем Уильям Гарвей, который тихо резал себе сосуды и никому об этом не говорил Мигель Сервет (1509–1553)

Р. Коломбо – описание малого круга кровообращения. До XVII в. вопрос о движении крови в человеческом теле оставался неясным. Правильные наблюдения Чезальпино о процессе кровообращения Изучение кровообращения

Кровь движется сама собой, сердце расширяется пассивно, два центра кровообращения (в печени и в сердце), между правой и левой половинами сердца есть поры для прохождения крови Общепризнанные воззрения Галена на кровообращение

«Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных» (1628 г.): доказательства наличия кровообращения, описание большого и малого кругов Сердце – мышца, активное начало и центр кровообращения, движущий кровь по сосудам. Рассчитал количество крови, протекающей через сердце В. Гарвей и становление физиологии

Кровь не может создаваться непрерывно из пищи, поэтому в теле должна происходить циркуляция крови Опыты Гарвея для выяснения циркуляции крови

Опыты с перевязкой руки выше локтя, показывающие, что кровь в венах движется в одном направлении: А – узловатости на венах Б – часть вены выше места, прижатого пальцем, опустела и незаметна через кожу В – вена прижата в 2 местах, кровь задержана клапаном выше пальца правой руки Г – кровь удалена выше из части вены, прижатой в двух местах, этот промежуток опустел Опыты Гарвея для выяснения циркуляции крови

кровь двигалась сама собой сердце расширяется пассивно существуют два центра кровообращения (в печени и сердце) между правой и левой половинами сердца есть поры для обмена кровью Ошибочность Гарвея

неизвестны капилляры переход крови из артерий в вену происходит в полостях вопрос о том, каким образом пища переходит в кровь Недостатки взглядов Гарвея

Обоснование нового подхода к познанию природы: наблюдение и эксперимент Оказали большое воздействие на естествознание в целом Везалий (анатомия). Гарвей (физиология)

Идея: процессы в нервной системе (от мозга радиусами расходятся нервные «трубки») совершаются автоматически и не нуждаются в участии души Рене Декарт

Внешние воздействия на окончания нервных «нитей» автоматически отражаются от мозга к мышцам Рефлекс как общий принцип нервной деятельности и ее детерминированность внешними стимулами Распространение принципа автоматизма рефлекторной реакции на все «непроизвольные» акты Основа нервно-мышечной физиологии Схема механизма рефлекса по Декарту из его «Трактата о человеке» (1644)

Основа: мозг как машина (система оптических зеркал) анализ клинического материала Уровни нервно-мышечной реакции: прямые контакты между раздражением и ответным движением сложные, опосредованные мозгом Томас Виллис (вторая половина XVII в.)

Глиссон ввел понятие о раздражимости и опроверг экспериментально мнение Декарта об увеличении объема мышцы при ее сокращении. Выдвинул положение: «Мышечные волокна сокращаются благодаря внутреннему мышечному движению» Галлер развил учение о раздражимости Изучение раздражимости

Ученик Галилея Заложил фундамент физиологии движения «О движении животных» (1680–1681): описание механизмов хождения, бегания, плавания, прыганья, полета, дыхательных движений и т. д. приложение принципов механики к объяснению разных форм движения животных и человека Джованни Борелли

Сведение сложных законов жизнедеятельности к простым законам механики – важнейшая задача в XVII в. Ф. Гофман: «Наше тело подобно машине, составленной из органов различной формы и величины и приводимой в движение жидкими частями нашего тела» Шотландия: Питкэрн Голландия, Лейден: Герман Бургаве Ятромеханика

Беллини, Баливи Санторио «Статическая медицина»: приложение физических методов исследования к изучению обмена веществ и дыхания. Для изучения обмена веществ у человека – экспериментальная камера для учета веса человека, его пищи и выделений Мичелотти: сведение секреторной работы желез к простым процессам фильтрации Ятромеханика (Италия)

истолкование жизненных явлений на основе химических представлений той эпохи французский врач Сильвия (XVII в.): создание химических представлений о процессах пищеварения (жизнедеятельность как ряд реакций, определявшихся соотношением кислот и щелочей и стимулированных особыми веществами – «ферментами») английский врач Майов: толкование процессов дыхания по аналогии с процессами горения Ятрохимия

Истолкование жизненных явлений на основе химических представлений той эпохи Теофраст Парацельс (1493–1541)

посвящены органам человека и высшим животным изобретение микроскопа в XVII в. микроскопическая анатомия изучение беспозвоночных и одноклеточных Анатомические и анатомо-физиологические работы

Крупнейшие натуралисты XVII в.: итальянец Марчелло Мальпиги нидерландец Антони Левенгук Микроскопическая анатомия и изучение простейших

Исследования по микроскопической анатомии высших животных Медицина: «Интересно и денег заработаешь» Университет Болоньи (учителя Массари и Мариани) «Анатомический хор» 1653 г. – степень доктора медицины Непризнание авторитета Аристотеля Пиза, кафедра теоретической медицины Собрания анатомов: диспуты, доклады и публичные вскрытия Поддержка принца Леопольда Марчелло Мальпиги

«Я должен узнать, как переходит кровь из артерий в вены!» Эксперимент с легкими: при продувании воздуха и ртути через легкие установил, что сообщения между дыхательными трубочками и кровеносными сосудами нет Эксперимент с кровеносными сосудами собаки: кровь никогда не вытекает из сосудов, переходит из артерий в вены по волосным сосудам (микроскоп) Опубликовал эту работу – получил врагов Монтальбани, присяга для учеников: «Никогда не допущу, чтобы при мне опровергали или уничтожали Аристотеля, Галена, Гиппократа» Марчелло Мальпиги

Обнаружение капилляров – связь артериальной и венозной систем Дополнило учение Гарвея о кровообращении Метод инъекции кровеносных сосудов Описание микроскопического строения легких, печени, почек, селезенки и т. д. Марчелло Мальпиги

Развитие беспозвоночных Открытие у насекомых «мальпигиевых сосудов» (функция выделения) Исследование микроскопической анатомии беспозвоночных животных (Мальпиги) Рисунок Мальпиги, изображающий систему шелковичного червя (по сторонам дыхальца)

Приглашение Лондонского Королевского общества (анатомия растений, исследование строения тутового шелкопряда) Обнаружил кишки, железцы, сердце, нервы Анатомия гусеницы, превращение в куколку, строение куколки и бабочки Нервная система насекомых Исследование микроскопической анатомии беспозвоночных животных (Мальпиги)

Обнаружил форменные элементы крови – красные кровяные тельца Антони Левенгук – микроскопист и один из конструкторов микроскопа

Углубление исследования капилляров: 1 – капиллярная сеть 2 – посткапилляр 3 – артериоло-венулярный анастомоз 4 – венула 5 – артериола 6 – прекапилляр Антони Левенгук

Изучение микроскопической анатомии глаза, нервов, зубов: 1 – эмаль 2 – дентин 3 – пульпа зуба 4 – десна 5 – цемент 6 – периодонт 7 – кость I – коронка зуба II – шейка зуба III – корень зуба IV – канал корня зуба Антони Левенгук

1677 г. – открытие сперматозоидов (студент-медик Иоганн Гам – наблюдение) как мужских оплодотворяющих элементов Строение: I – головка; II – шейка; III – хвост; 1 – оболочка; 2 – акросома; 3 – ядро; 4 – проксимальная центриоль; 5 – митохондрии; 6 – дистальная центриоль; 7 – оболочка хвоста; 8 – осевая линия Изучение оплодотворения лягушек Антони Левенгук

Начало изучения простейших Открытие инфузорий, саркодовых, бактерий – «анималькули» (зверьки, мелкие животные) Описание строения простейших, способов их движения и размножения Антони Левенгук

Новый подход (микроскоп) Авиценна «Канон медицины»: «невидимые возбудители» чумы, оспы и других заболеваний Джироламо Фракастро «О контагии, контагиозных болезнях и лечении» (1546): «Болезни передаются при непосредственном контакте с больными через невидимые частицы, возникающие в больном организме» XVII в. – Дж. Энт: инфекции вызываются мельчайшими организмами 1647 г. – Левенгук увидел микроорганизмы 1676 г. – Доббель: «червячки» Левенгука – причина распространения заразных болезней Проблема заразных заболеваний

Обнаружил, что растительные и животные ткани состоят из «ячеек», но не мог понять клеточное строение организмов Растительные клетки Рисунки Антония Левенгука из “Areana naturrrae” (1695)

Аптека в Амстердаме (музей) Изучал медицину. Врач-натуралист. Университет в Лейдене Дружба с анатомами Стенсеном и Да-Граафом, увлечения вскрытиями животных Домашний ученый у вельможи Тевено (Париж) 1667 г. – защита диссертации в Лейдене на степень доктора медицины Монографические описания беспозвоночных (насекомых) «Библия природы» (1737–1738 гг.) опубликована 50 лет спустя после смерти автора Ян Сваммердам (1637–1685)

Техника вскрытия мелких животных позволила изучить строение насекомых, их развитие и метаморфоз Нервная система насекомых. Из «Библии природы» Яна Сваммердама (1737) Ян Сваммердам

Микроскопическая анатомия пчелы Ян Сваммердам

Куколка пчелы («Библия природы») Разделение насекомых на группы по характеру метаморфоза Ян Сваммердам

Виноградная улитка, извлеченная из раковины («Библия природы»)

Кишечник личинки с мальпигиевыми сосудами и трахеями, «Библия природы»

Развитие лягушки и гвоздики: сравнение последовательных стадий, «Библия природы»

Женская половая железа млекопитающих продуцирует яйца (как и яичник птиц) Ошибочно принял фолликулы за яйца Правильная мысль способствовала развитию научных представлений об оплодотворении Ренье де Грааф

М. Ледермюллер, немецкий натуралист-любитель: термин «инфузория» Ресель фон Розенгоф, энтомолог и микроскопист: рисунки простейших О. Мюллер, датский ученый: описал до 200 видов простейших Итог: к концу XVIII в. накоплен значительный материал о строении и жизни простейших Микроскопические исследования простейших в XVIII в.

«О наливочном хаосе Линнея» (1775): описание малоизученных простейших организмов – «хаос» оригинальные эксперименты, опровергающие господствующее тогда учение Нидхэма, Бюффона и др. о самопроизвольном зарождении Мартын Тереховский (1740 – 1796)

В 1666 г. Мальпиги дал первое описание почечных клубочков («мальпигиевых телец») и развил первые представления о процессе мочеобразования: моча образуется из артериальной крови и стекает в лоханку Марчелло Мальпиги

«О строении почек» (1782): мальпигиевы тельца – не железы, в которые свободно изливается кровь, а клубочки капилляров, окруженные кольцевидными границами связь между мальпигиевыми тельцами и мочевыводящими трубками метод инъекции сосудов для выяснения структуры почки и определения отношения основных ее элементов капсулы и извитые канальцы, сосудистые клубочки («клубочки Шумлянского») известность среди европейских ученых Английский анатом и физиолог В. Боумен в классической работе о строении и функциях почек (1842) отметил заслуги А. М. Шумлянского в изучении почек А. М. Шумлянский (1748 – 1795)

Физиология в XVIII в. Развитие исследований по анатомии, физиологии, сравнительной анатомии и эмбриологии животных

Продолжается изучение физиологии Р. Уайтт: роль спинного мозга в рефлексах Рейль: основы патологической физиологии Физиология в XVIII в.

«Элементы физиологии» (1757–1766 гг., Швейцария): раздражимость (свойство мышечного волокна) – в основе движения мышц, сердца, внутренних органов раздражимость: слабый стимул производит действие, не пропорциональное силе воздействия изучал функции нервов, искусственно раздражая их механизмы дыхания и кровообращения функции глаза, гортани раздражимость и чувствительность нервных элементов – разные явления, результат действия двух различных сил Альбрехт Галлер (1708–1777)

Развивал рефлекторный принцип функционирования нервной системы Различал чувствительные и двигательные нервы: «Никакое мышечное движение не может осуществиться, если раздражитель, воздействующий на чувствительные нервы, не перейдет в результате некоторого переключения на двигательные нервы и не вызовет сокращение мышц» (1784 г.) Иржи Прохаска (1749–1820)

переход импульса с чувствительных на двигательные нервы осуществляется только в центральной нервной системе изучение анатомии нервной системы Строение мозга из книги Иржи Прохаска

Различные вопросы анатомии и физиологии: С. Г. Зыбелин Д. С. Самойлович Н. М. Максимович, Амбодик и др. Русские физиологи в XVIII в.

Становление сравнительной анатомии Развитие исследований по анатомии, физиологии, сравнительной анатомии и эмбриологии животных

Аристотель: зачатки сравнительной анатомии Леонардо да Винчи: отмечал наличие «аналогичных членов» у всех наземных животных XVI в. – элементы сравнительной анатомии имеются в трудах Везалия и французского зоолога П. Белона (сравнение структуры скелетов человека и птицы) XVII в. – развитие сравнительно-анатомического метода (А. Северино, К. Перро, Э. Тисон, Т. Виллис) цель – сравнение анатомической структуры многих низших и высших животных для обнаружения черт единства в их строении А. Северино: задача – выявить общий прототип высших и низших животных, сравнивая их строение Виллис: термин «сравнительная анатомия», сравнение строения человека и рака Становление сравнительной анатомии

Я. Сваммердам: «сравнительное расчленение», строение одного животного может помочь нам понять структуру другого Э. Тисон: «Оранг-утан или Homo silvestris, или анатомия пигмея в сравнении с анатомией обезьян и человека» (1699). Сопоставление строения человека с другими приматами. Первые научные гипотезы о происхождении человека. Отправные пункты для эволюционного учения Становление сравнительной анатомии

Эмбриология животных. Преформизм и эпигенез Развитие исследований по анатомии, физиологии, сравнительной анатомии и эмбриологии животных

Леонардо да Винчи выполнил очень интересные рисунки зародышей У. Альдрованди сделал первую после Аристотеля попытку систематически проследить за этапами развития куриного яйца и за формированием цыпленка в яйце. Метод: подкладывание под курицу 20 яиц, исследование через известные промежутки времени Развитие эмбриологии

изучение зародышей человека и животных – кролика, морской свинки, мыши, собаки, кошки, овцы, свиньи, лошади, коровы и других сравнение зародышевого развития разных животных между собой рисунки зародышей на разных ступенях развития Д. Фабриций

наблюдения над зародышами животных с бойни – идеи последовательности и способ образования отдельных органов – сердца, кровеносных сосудов, позвоночника, головного мозга, органов чувств и т. д. умозрительные представления о движении частиц «семени», участвующих в формировании зародыша Декарт «О формировании животного» (1648)

Фронтиспис из сочинения Гарвея «О происхождении животных» (1651)

вопрос о новообразовании органов в процессе зародышевого развития критика старых представлений об эмбриогенезе (вроде утверждения, будто зародыш образуется из семени отца и материнской крови) «Все живое из яйца» – против самопроизвольного зарождения Гарвей

Показал, что личинки мух не зарождаются в гниющем мясе, а выводятся из отложенных на него яиц Франческо Реди (1626–1697)

много данных, свидетельствующих против самопроизвольного зарождения наблюдения зародышевого развития (Грааф, Мальпиги, Сваммердам и др.) Ян Сваммердам

неясен процесс оплодотворения. В XVII – XVIII вв. оплодотворение сводится к слиянию двух сортов «семени» – мужского и женского или даже к нематериальному влиянию семени на яйца («оплодотворяющие испарения» и т. п.) не понята до начала XIX в. роль сперматозоидов. Сперматозоиды считались особыми живыми тельцами, подобными инфузориям, паразитирующими в семенной жидкости Наивные взгляды на эмбриологию

Способы питания плода (Дж. Нидхэм): менструальной кровью через рот зародыша: амниотической жидкостью, «маточным молоком» через пуповину: кровью (кровообращение плода и матери раздельное), непосредственно материнской кровью, менструальной кровью, «маточным молоком», амниотической жидкостью питание порами всего тела Зачаточное состояние эмбриологии до середины XVIII в.

Сторонники преформизма (Джузеппе Ароматари, Сваммердам, Левенгук, Лейбниц, Мальбранш, Бонне, Галлер, Робине и др.) полагали, что зародышевое развитие сводится к росту вполне сформированного зародыша уже предсуществующего в яйце или сперматозоидах Преформистская и эпигенетическая концепции

анималькулисты (Левенгук, Гартсекер, Либеркюн и др.): зародыш находится в сперматозоиде овисты (Сваммердам, Валлисниери и др.): зародыш заключен в яйце Преформисты

Шарль Бонне (1720–1793)

Каспар Фридрих Вольф (1733–1794)

Пьер Мопертюн (1698–1759)

Ранние стадии развития зародыша цыпленка по Мальпиги (1669)

3.4. Господство метафизического мировоззрения в естествознании XVII–XVIII вв.

а, б, в, г – экстенсивный путь развития науки А, Б, В, Г – интенсивный путь развития науки Схема общего хода развития науки

Достижения биологии XVII–XVIII вв. Накоплен обширный фактический материал Основа важных теоретических обобщений Ботаника и зоология: представления о «естественной связи», «сродстве», прогрессивной ступенчатой «градации» животных и растений разработаны основные принципы систематики накоплен материал об изменчивости растительных и животных видов

Достижения биологии XVII–XVIII вв. (анатомия и физиология) сложились представления о строении и жизнедеятельности организмов установлены некоторые общие закономерности в их строении развитие сравнительного метода: выявление черт единства в организации животных и растительных форм накоплены факты о теснейшей связи организмов с окружающей средой, их приспособлении к условиям существования

Достижения биологии XVII–XVIII вв. (эмбриология) Учение К. Вольфа об эмбриональном развитии выявило несостоятельность преформистской концепции и показало, что в процессе индивидуального развития организмов происходит новообразование, а не просто развертывание предсуществующих частей зародыша

Достижения биологии XVII–XVIII вв. накопление данных о закономерной смене форм жизни на протяжении прошедших геологических эпох, об изменчивости организмов под влиянием изменения условий жизни развитие биологии шло в теснейшей связи с развитием других отраслей естествознания, и, в первую очередь, механики, физики, химии, геологии

Последствия достижений биологии XVII–XVIII вв. создание предпосылок для формирования отдельных биологических наук создание предпосылок для формирования общебиологических концепций и воззрений на природу и методов ее познания, характерных для этой эпохи материал для общефилософских выводов и построений (борьба материализма и идеализма) усиление взаимодействия философии и естествознания (развитие материалистической философии XVII–XVIII вв.)

Причины господства метафизики (по Ф. Энгельсу) «Надо было исследовать предметы, прежде чем … заняться теми изменениями, которые с ним происходят… Старая метафизика… выросла из… естествознания, которое изучало предметы неживой и живой природы как нечто законченное. Когда же … можно было… перейти к систематическому исследованию тех изменений, которые происходят с этими предметами в самой природе, тогда… наступил смертный час старой метафизики»

Метафизика в биологии Биология должна была тогда произвести прежде всего «инвентаризацию» живой природы, изучать отдельные «вещи», а уж потом перейти к «систематическому исследованию изменений» Отдельные наблюдения и описания изменений в природе: как источник воззрений, противостоявших господствовавшей метафизике, но они не меняли общей картины

Концепция постоянства видов (К. Линней) «species sunt constantissimae» («виды являются совершенно постоянными») «nullae species novae» («не возникает новых видов») «видов столько, сколько разных форм вначале произвело Бесконечное Существо» «каждый род является естественным, созданным как таковой в самом начале мира» Позднее: допущение возможности возникновения новых видов путем скрещивания (гибридизации) и их изменяемость под влиянием пищи, климата и культуры

Господство преформистской теории в эмбриологии отрицание подлинного развития, новообразования формирование организма – простой рост, развертывание зародыша, изначально содержащего в себе в уменьшенном виде будущий организм К. Вольф

Трактовка органической целесообразности Целесообразное устройство живых тел – их изначальное свойство, проявление «мудрой предусмотрительности» творца Антропоцентрическая телеология: все сотворено Богом для блага человека

Теологические и телеологические воззрения натуралистов Н. Грю «Священная космология» – телеологическая трактовка строения и функций листьев и цветков

Теологические и телеологические воззрения натуралистов Дж. Рей: «Мудрость Бога, открывающаяся в его творениях»

Теологические и телеологические воззрения натуралистов Я. Сваммердам «Библия природы» Организмы создала «мудрость и всемогущая рука Господа Бога» Против их естественного возникновения Аргумент: их целесообразное устройство

Гарвей телеологически истолковывает работу кровеносной системы Теологические и телеологические воззрения натуралистов

Спалланцани восторгается «высшей мудростью», заселившей семенную жидкость «червячками» (сперматозоидами), дабы использовать имеющиеся в ней питательные вещества Теологические и телеологические воззрения натуралистов

Реомюр: целесообразность в строении животных, в «мудрой предусмотрительности» при поддержании природой равновесия между видами Реймарус: целесообразность в инстинктах животных Теологические и телеологические воззрения натуралистов

Теологические и телеологические воззрения натуралистов Ледермюллер: доказательства мудрости создателя на микроскопических организмах Христиан Вольф: «философское основание» под телеологическое истолкование природы

Сочинения по «натуральной теологии» (XVIII в.) «Физика-теология» Дерхэма (1712) «Пектинтеология» Цорна (1742) «Теология воды» Фабрициуса (1741) «Теология насекомых» Лессера (1743) «Теология раковинных» Лессера (1744) «Теология рыб» Онефальшрихтера (1754)

Ф. Энгельс «Высшая обобщающая мысль, до которой поднялось естествознание рассматриваемого периода, – это мысль о целесообразности установленных в природе порядков, … согласно которой кошки были созданы для того, чтобы пожирать мышей, мыши, чтобы быть пожираемыми кошками, а вся природа, чтобы доказывать мудрость творца»

Виталистические представления Жизненные явления объяснялись наличием у живых существ особой непознаваемой «жизненной силы», «архея» и подобных мистических начал Парацельс, ван Гельмонт, Шталь и др.

Причины оживления витализма в конце XVIII – начале XIX в. неудача попыток свести жизнедеятельность организмов к простейшим законом механики, физики и химии появление убеждения в сложности организма как целого использование сил, внешних по отношению к организму для объяснения сущности жизни

Последствия оживления витализма в конце XVIII – начале XIX в. распространение ньютоновской «динамической» концепции с ее представлениями о «силах», определяющих взаимодействие между телами биологи: вкладывали в понятие «силы» материалистическое содержание («существенная сила» К. Вольфа) истолкование «сил» живой природы в виталистическом, мистическом духе

Последствия оживления витализма в конце XVIII – начале XIX в. возврат к схоластическим «тайным силам», управляющим природными явлениями витализм – согласование с религиозным учением о бессмертной душе, управляющей человеческим телом

Особенности метафизического мировоззрения (Ф. Энгельс) «Но что особенно характеризует рассматриваемый период, так это – выработка своеобразного общего мировоззрения, центром которого является представление об абсолютной неизменяемости природы... Земля оставалась от века или со дня своего сотворения (в зависимости от точки зрения) неизменно одинаковой. Теперешние «пять частей света» существовали всегда, имели всегда те же самые горы, долины и реки, тот же климат, ту же флору и фауну, если не говорить о том, что изменено или перемещено рукой человека»

«Виды растений и животных были установлены раз навсегда при своем возникновении, одинаковое всегда порождало одинаковое… В природе отрицали всякое изменение, всякое развитие… для естествоиспытателей рассматриваемого нами периода он был чем-то окостенелым, неизменным, а для большинства чем-то созданным сразу. Наука все еще глубоко увязает в теологии» Особенности метафизического мировоззрения (Ф. Энгельс)

Расшатывание представлений о неизменности природы Под влиянием новых фактов возникали сомнения в старых догмах, высказывались идеи, расшатывавшие представления о неизменяемости природы вообще и органического мира в частности

3.5. Возникновение и развитие представлений об изменяемости живой природы

Возникновение и развитие представлений об изменяемости живой природы господство метафизических представлений об органическом мире – до середины XIX в. XVII–XVIII вв. – появление разрозненных высказываний об изменяемости природы

Узловые вопросы естествознания как предпосылки возникновения эволюционного учения Допущение изменяемости видов в ограниченных пределах под воздействием внешних условий, упражнения и неупражнения органов и гибридизации

Причины изменчивости влияние условий внешней среды – климата, пищи, почвы (XVI–XVII вв., Фрэнсис Бэкон, Джон Рей, Роберт Морисон и другие) влияние упражнения и неупражнения органов одомашнение, гибридизация, причуды наследственности (Лемниус, Скалигер, Клюзиус), зародышевые модификации и т. п. движение соков в теле растения (М. Маршан) химическое влияние (Томас Браун)

Одомашнение как причина изменчивости Древние изображения собак: основные породы сформировались в древности

Допущение ограниченной изменчивости видов допущения возможности изменения –«дегенерации» (в смысле перерождения) вида мысль о постепенном превращении одних видов в другие (французский ботаник М. Маршан)

М. Маршан 1707 г. – форма розы «не могла быть такой от начала света» Причина новой формы – изменение движения соков в теле растения 1719 г. – наблюдения над пролесками, анемонами, тюльпанами и др. растениями: «Мы видим рождение двух постоянных видов, которые были нам неизвестны…» «Всемогущая сила» создает родоначальные формы каждого рода, которые, «размножаясь, производят разновидности и виды»

К. Линней – отношение к виду 1736 г. – в «Fundamenta botanica» – отрицал изменчивость видов Писал о новых видах льнянки и чертополоха, которые произошли путем изменения других видов Вывод: виды могут изменяться под влиянием климата и почвы и в результате гибридизации При скрещивании разных видов возникают новые виды с признаками отца и матери: новый вид бодреца (скрещивание бодреца с репейничком) новый вид вероники (скрещивание с вербеной)

К. Линней 60-е годы XVIII в. – современные виды явились продуктом гибридизации каких-то исходных форм Опыты по межвидовой гибридизации растений (сборники «Amoenitates Academiae», 1749–1776 гг.) Предположения: все виды одного рода возникли из одного вида, разнообразие видов из-за гибридизации, разнообразие разновидностей из-за влияния климата, почвы и т. п. «Чудо творения»

Опыты по гибридизации в XVIII в. Франция и Германия: запросы сельского хозяйства, стремление получить сорта с большой продуктивностью или красотой Гибридная примула

Опыты по гибридизации в XVIII в. Амфи-плоиды редьки и капусты Амфи-плоиды примул

Французский гибридизатор А. Дюшен – «Естественная история земляник» (1766): выведение новой цельнолистной расы Fragaria monophylla (первое обнаружение мутаций у растений) ввел понятие расы, промежуточной расы относительность разграничений между видом и разновидностью настаивал на изменяемости видов и их естественном возникновении в пределах рода Опыты по гибридизации в XVIII в.

А. Т. Болотов: допускал изменение растительных видов путем естественной гибридизации в ограниченных пределах случаи опыления рылец пыльцой других пород «подают средство натуре зародить в тех цветках уже не такие семена, какими бы по природе своей быть надлежало, а другие, способные производить от себя породы совсем новые и до того небывалые» Опыты по гибридизации в XVIII в.

Жорж Бюффон (1707–1788) Об изменяющем влиянии: климата на изменение лошадей пищи на «внутреннюю форму» желудка овцы доместикации на формы ушей у собак, альбинизм и др.

роль гибридизации в изменении видов близкие виды «отделялись благодаря воздействию климата, пищи и времени, которое производит всевозможные комбинации и выявляет все способы изменения, усовершенствования и перерождения» Жорж Бюффон

отмечал особенности географического распространения животных и различия между животными Нового и Старого света, «от которых они некогда получили начало» изменения климата на Земле вызвало перерождение в менее совершенные формы Жорж Бюффон

Шарль Бонне (1720–1793) креационистские взгляды, преформист допускал происхождение паразитических червей путем изменений от свободно живущих червей, попавших в организм человека или животного мысль о происхождении человеческих рас путем видоизменения от одной исходной формы

Французские материалисты XVIII в. (Ж. О. Ламеттри) мысли о подлинном развитии в природе сопоставлял психические способности различных групп животных и человека, «переход от животных к человеку не очень резок» «Человек – растение» (1748): идея постепенного совершенствования организмов, причина развития – сложности поддержания жизни, удовлетворения жизненных потребностей

Французские материалисты XVIII в. (Дидро) «… они (животные)… – результаты потекшего огромного времени, после которого их цвет и их форма, кажется, остаются в стационарном состоянии. Но так лишь кажется» «Элементы физиологии»: «… Общий порядок вещей непрерывно изменяется. Как же может оставаться неизменной продолжительность существования вида посреди всех этих перемен?» причины изменений – влияние условий окружающей среды, упражнение и неупражнение органов

Французские материалисты XVIII в. (Поль Гольбах) 1770 г. – «Нет никакого противоречия в допущении, что виды организмов непрерывно изменяются и что мы также не можем знать того, чем они были»

Французские материалисты XVIII в. (П. Ж. Кабанис) изменчивость форм как в результате случайных отклонений во «внутреннем предрасположении» животных, так и особенно под влиянием изменения климата приобретаемые признаки наследуются изменение привычек как исходный момент в изменчивости видовых признаков изменение природы человека

Французские материалисты XVIII в. (Жан Клод Деламетри) изменения под влиянием внешней среды и упражнения органов – видообразование человек – «усовершенствованная обезьяна»

Эразм Дарвин Конец XVIII в. – обсуждение проблемы изменчивости видов под влиянием внешних условий, доместикации, зародышевых вариаций (появление кур с добавочными пальцами), скрещивания между видами, упражнения и неупражнения видов

изменение потребностей изменяет функционирование отдельных органов и их преобразование (образование рогов оленя, хобота слона, когтей хищных животных и т. д.) образования или склонности передаются потомству Эразм Дарвин

Выводы 1. Допущение ограниченной изменчивости видов мысль об изменении органических форм высказывали многие натуралисты и философы XVIII в. констатация изменчивости в пределах низших систематических категорий далеко от идеи об исторической преемственности видов и развитии всего мира от низшего к высшему

Узловые вопросы естествознания – предпосылки возникновения эволюционного учения 2. Представление о «естественном сродстве» и «общих родоначальниках»

2. Представление о «естественном сродстве» и «общих родоначальниках» идея естественной группировки организмов, естественного сродства и представление о том, что определенные группы видов могли произойти от общих родоначальников обнаружение определенного соподчинения видов и различной степени близости между ними вопрос о причине близости между различными видами

История представлений понимание различия между искусственной и естественной системами появление идеи ступенчатого многообразия организмов накопление материала о близости различных видов и об их иерархической соподчиненности идея об общих родоначальниках

родословное дерево рыб предок – жаберные дуги стали челюстями 2. Представление о «естественном сродстве» и «общих родоначальниках»

П. Маньоль: реальное родство в пределах семейства М. Гэйл: «Мы не должны думать, что все виды, которые сейчас существуют, были первоначально сотворены, но только первичные и основные виды» М. Маршан: о «главах каждого рода», т. е. исходных формах Бюффон: об «общих родоначальниках» для семейств, у млекопитающих – 38 родоначальников 2. Представление о «естественном сродстве» и «общих родоначальниках»

Ласепед: как объяснить все многообразие видов? Ответ: многообразие форм обязано тому, что из немногих первичных видов возник ряд вторичных, которые дали начало видам третьего порядка и т. д. П. С. Паллас допускал общее происхождение близких видов 2. Представление о «естественном сродстве» и «общих родоначальниках»

шаг вперед в формировании эволюционных воззрений не могли одни привести к целостному учению об эволюции 2. Представление о «естественном сродстве» и «общих родоначальниках»

Узловые вопросы естествознания – предпосылки возникновения эволюционного учения 3. Фактор времени в изменении организмов

3. Фактор времени в изменении организмов 1755 г. – «Всеобщая естественная история и теория неба» Канта: существование Земли исчислялось в ней миллионами лет Сочинение Канта не вызвало непосредственного эффекта Дидро «Элементы физиологии»: мысль о значении времени в изменении организмов Бюффон «Эпохи природы»: возраст Земли – 75 000 лет, формирование на Земле живых существ 20 000 лет. «Время шагает всегда ровным шагом, однообразным и размеренным, оно ничего не делает скачками, но оно делает все путем градаций, нюансов, путем последовательным»

Значение фактора времени в изменении земной поверхности и, частично, органических форм признавали Ласепед, де Майе, Деламетри, Эразм Дарвин, Бюффон, А. Каверзнев, М. В. Ломоносов, А. Радищев 3. Фактор времени в изменении организмов

Таким образом, представление о продолжительности геологического времени – предпосылка учения об историческом развитии органического мира Осознание значения фактора времени для изменения организмов не означало признания их подлинного развития Ограничивались выводом о неодновременном происхождении видов 3. Фактор времени в изменении организмов

Узловые вопросы естествознания – предпосылки возникновения эволюционного учения 4. Последовательность природных тел. «Лестница существ»

4. Последовательность природных тел. «Лестница существ» Цель: объяснить обнаружившееся соотношение между группами растений и животных, определенную последовательность в степени совершенства их организации

История идеи «лестницы существ» Аристотель: все создания природы расположены в виде единой иерархической серии форм Натуралисты XVI–XVIII вв.: идея иерархической градации – ведущая Ограниченность знаний сравнительной анатомии По сходству с человеком – деградация существ Поверхностное знакомство с организмами – расположение их по ступеням единой лестницы

Естествознание XVII–XVIII вв. – идея популярна Лейбниц Шарль Бонне: развитие и распространение идеи «лестницы существ». «Созерцание природы» (1764) популярно в Европе и России История идеи «лестницы существ»

Ш. Бонне «Лестница существ» Постепенные переходы между простейшими и совершеннейшими проявлениями природы Все тела составляют всеобщую непрерывную цепь Основание лестницы – монады, а вершина – Бог

От «невесомых материй» через огонь, воздух, воду, «земли», металлы, «камни» Промежуточные формы между минералами и растениями, между растениями и низшими животными (зоофиты) и через них к высшим животным и человеку Ш. Бонне «Лестница существ»

Лестница без скачков и перерывов Каждое царство природы составляет свою лестницу, примыкающую через промежуточные формы к лестнице соседнего царства Ш. Бонне «Лестница существ»

Всеобщее единство и согласованность в природе обеспечиваются гармонией, предусмотренной Богом «Лестница» содержит столько ступеней, сколько существует отдельных видов растений и животных Ш. Бонне «Лестница существ»

Материалисты: «лестница существ» исходили из представления о развитии материи от простого к сложному Ламеттри, Дидро выводили единство и постепенность в природе из единства материальной основы всех ее тел Дидро: весь ряд животных – различные ступени развития одного животного Ж. Б. Робине: последовательность в пространстве, но не во времени

А. Н. Радищев: поддержка идеи «лестницы существ» Представление о единстве и развитии природы Единство, «единоутробность» человека со всей природой, сближал человека пещерного периода с орангутаном

Отрицание «лестничного» расположения форм Причины: детальное знакомство с фактическим материалом развитие сравнительной анатомии исследования Вика д’Азира, Добантона, Блуменбаха и др. подвергли сомнению непрерывность ряда от простейших до человека и развенчали наивные формы «лестницы существ» Ласепед, Батш и др.: тела природы соединяются самыми различными способами при помощи бесчисленных отношений

Попытки установления более сложных схем с элементами «лестницы существ» Схема родословного дерева (Паллас, 1766; Дюшен, 1766) Схема географической карты (Линней) Схема сети (Герман, 1783; Донати, 1750; Батш, 1788) Схема параллельных рядов (Вик д’Азир, 1786)

«Лестница существ» Таким образом, «лестница существ» воплощала в себе метафизические представления эпохи Ступени как существующие одна после другой, а не как исторически связанные друг с другом звенья, возникающие одно из другого в процессе развития Отражала мысль о единстве, связи и последовательности форм, постепенном усложнении организмов и переходах между ними Представление о градации форм – предпосылка эволюционного учения Ламарка

Узловые вопросы естествознания – предпосылки возникновения эволюционного учения 5. Идея «прототипа» и единства плана строения организмов

Идея «прототипа» и единства плана строения организмов В оппозиции к идее «лестницы существ» – мысль о единстве строения разных организмов Э. Жоффруа Сент-Илер, 1795 г.

Этьен Жоффруа Сент-Илер (1772 – 1844) Позвоночные и членистоногие устроены по одному плану Перевернутый омар (Э. Жоффруа Сент-Илер, 1822)

Идея «прототипа» была распространена очень широко Аристотель, Ньютон, Сваммердам, Хантер, Ламеттри, Дидро, Робине, Вик д’Азир, Жоффруа Сент-Илер и многие другие подтверждение в зоологических и анатомических исследованиях при обнаружении многочисленных черт сходства между различными группами животных при всем их внешнем многообразии

Идея прототипа: две модификации с выраженным абстрактно-морфологическим характером (Робине и др.) преобладающая Связана с пониманием прототипа как реально существовавшего исходного существа

Идея единства органического мира Ламеттри «Человек – растение» (1748) Дидро «Мысли об объяснении природы» (1754): прототип как реальное первичное существо Дидро: от одной единственной «модели» можно путем анатомических трансформаций произвести ряд животных «от человека до аиста»

Дидро: «… Природе нравится бесконечно и разнообразно варьировать один и тот же механизм… Рассматривая животное царство и замечая, что среди четвероногих нет ни одного животного, функции и части которого особенно внутренние, целиком не походили бы на таковые же другого четвероногого, разве не поверишь охотно, что некогда было одно первое животное, некоторые органы которого природа удлинила, укоротила, трансформировала, умножила, срастила – и только» Идея единства органического мира

Значение идеи «прототипа» и единства плана строения организмов важное значение для формирования эволюционных воззрений могло найти объяснение только в допущении общности происхождения обнаруживающих это единство форм

Узловые вопросы естествознания – предпосылки возникновения эволюционного учения 6. Идея трансформации органических форм

Концепция механистического трансформизма допущение неожиданных резких превращений одних организмов в другие французский путешественник и натуралист – любитель де Майе «Теллиамед, или беседы индийского философа с французским миссионером о понижении уровня моря, образовании суши, происхождении человека и т. д.» (1748)

Происхождение организмов (де Майе) в море имеются вечные семена жизни из семян развиваются морские организмы морские организмы путем резких трансформаций превращаются в наземных «Кто может сомневаться в том, что от летающих рыб произошли наши птицы, которые парят в воздухе; или что от тех животных, которые ползают в глубине моря, произошли наши наземные животные?»

Фауна раннего палеозоя (кембрий, ордовик, силур) 1 – колония археоцит; 2 – скелет силурийского коралла; 3 – обитатель мелководных заливов силурийских морей –гигантский ракоскорпион; 4 – головоногий моллюск; 5 – морские лилии; 6, 7, 8 – древнейшие позвоночные бесчелюстные панцирные «рыбы»

Фауна раннего палеозоя (кембрий, ордовик, силур) 9 – одиночные кораллы; 10, 11 – трилобиты – примитивнейшие ракообразные; 12 – раковина силурийского головоногого моллюска

«Теллиамед»: трансформация «Морские обезьяны» дали начало наземным обезьянам Лев, лошадь, бык, свинья, волк, верблюд, кошка, собака, коза и овца также имеют подобных себе морских прародителей «Превращению гусеницы в бабочку в тысячу раз было бы труднее поверить, чем превращению рыбы в птиц, если бы эта метаморфоза не происходила каждодневно у нас на глазах» Не всегда превращение рыбы в птицу удается, но «пусть сто миллионов погибнет, будучи неспособными приспособиться, достаточно, если это удастся двум для того, чтобы произошел (новый) вид»

Концепция механистического трансформизма Философы-материалисты XVIII в. Натуралисты XVIII – начала XIX вв. Связывалась с представлением о прототипе, претерпевающем трансформацию то в одном, то в другом направлении Э. Жоффруа Сент-Илер – мысли о трансформациях при эмбриологических и тератологических исследованиях

Идея трансформации органических форм Механистический трансформизм глубоко отличен от эволюционной точки зрения, ибо в нем нет подлинного историзма

Узловые вопросы естествознания – предпосылки возникновения эволюционного учения 7. Идея самозарождения и ее отношение к трансформизму

Идея самозарождения XV–XVIII вв. – убеждение в возможности самопроизвольного зарождения Философы Декарт, Ламеттри, Дидро, Гольбах, натуралисты и медики ван Гельмонт, Перро, Мариотт, Лицетус, Моргоф, Сильвий, Бюффон, Эразм Дарвин, Нидхэм, Ингенхауз, Гледич, одно время Линней и многие другие выступали в защиту этого взгляда, опираясь зачастую на весьма различные аргументы

Мыши могут зарождаться в горшке с зерном, заткнутом грязной рубахой Идея самозарождения

XVII–XVIII вв. благодаря успехам в изучении низших организмов, оплодотворении и развитии животных, а также наблюдениям и экспериментам Реди, Левенгука, Жобло, Спалланцани, Тереховского и других вера в самопроизвольное зарождение была основательно подорвана Идея самозарождения

Опыты Л. Пастера (1822–1895) доказал, что в сосуде, куда не проникают споры микроорганизмов, не могут зарождаться даже бактерии Идея самозарождения

идея самозарождения – в эпоху господства религии в противовес вере в сотворение подчеркивалась мысль о естественном возникновении организмов, идея самозарождения имела прогрессивное значение против выступали теологи Идея самозарождения

Узловые вопросы естествознания – предпосылки возникновения эволюционного учения 8. Естественное возникновение органической целесообразности

Естественное возникновение органической целесообразности

телеология: органическая целесообразность как проявление гармонии, изначально установленной Богом «призрак извечной целесообразности» стоял на пути эволюционного учения особое значение в этих условиях приобретали попытки показать, что органическая целесообразность не создана, а возникла естественным путем в результате браковки дисгармоничных организмов Естественное возникновение органической целесообразности

Французские философы-материалисты «Совершенное не является делом одного дня в области природы, точно так же, как и в области искусства… Материи пришлось пройти через бесчисленное количество всяких комбинаций, прежде чем она достигла той единственной, из которой могло выйти совершенное животное» Ламеттри

Дидро: критика идеи изначальной целесообразности «Письмо о слепых в назидание зрячим» (1749) (по Эмпедоклу и Лукрецию Кару): среди первоначальных организмов было множество несовершенных, с течением времени все неудачные комбинации постепенно исчезли и «сохранились лишь те из них, строение которых не заключало в себе серьезного противоречия и которые могли существовать и продолжать свой род» Французские философы-материалисты

Гольбах, Спиноза Гете отмечал, что именно Спиноза помог ему разоблачить «нелепые конечные причины» антителеологические идеи – Юнг, Борелли, Ласепедом Французские философы-материалисты

Бюффон: сторонники мысли о конечных причинах «принимают результат за причину» «все тела, несовершенно организованные, все дефектные виды уничтожаются и остаются, как они сегодня и сохранились, только формы наиболее мощные, наиболее совершенные как среди животных, так и среди растений» Бюффон придавал значение случайности в образовании органических тел Французские философы - материалисты

Отличие от учения Дарвина учение Дарвина: отбор как важнейший фактор исторического развития одних форм организмов из других философы-материалисты: своеобразная «массовая сортировка» органических форм, порождаемых одновременно и независимо одна после другой, а не развивающихся одна из другой одни организмы случайно возникают благодаря сочетанию материальных частиц в гармонической форме, другие – в дисгармонической, и эти последние безжалостно бракуются природой

Идея браковки противостояла телеологическим воззрениям и показывала, что телеологическая целесообразность не изначальна и возникла естественным путем Отличие от учения Дарвина

Выводы XVIII в. – в науке накопился солидный материал, противоречивший господствовавшим представлениям о неизменяемости видов высказано немало замечательных догадок, а порой и верных положений но они не сложились еще в определенную систему взглядов, не привели еще к учению об эволюции мысль об изменяемости видов как предположение против религиозных догм

3.6. Основные черты учения Ч. Дарвина

Зарождение эволюционной идеи Сын известного английского врача Эразма Дарвина Учился на медицинском факультете Эдинбургского университета, затем – на богословском факультете Кембриджского университета, но не нашел того, что соответствовало его интересам Увлечение ботаникой, геологией, энтомологией Участие в качестве натуралиста в кругосветной экспедиции на корабле «Бигль» (около пяти лет) Чарльз Дарвин (1809–1882)

Маршрут кругосветного путешествия «Бигля» в 1831–1836 гг. Зарождение эволюционной идеи

1839 г. – «Дневник изысканий по естественной истории и геологии стран, посещенных во время кругосветного плавания корабля ее величества «Бигль» под командой капитана королевского флота Фиц-Роя» 1859 г. – «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» 1868 г. – «Изменение домашних животных и культурных растений» 1871 г. – «Происхождение человека и половой отбор» Первые труды Ч. Дарвина

Доказательства эволюции: Данные палеонтологии Данные эмбриологии Данные биогеографии Содержание эволюционного учения Ч. Дарвина

Определенная и неопределенная изменчивость: Движущие силы эволюции: изменчивость, наследственность и естественный отбор Преимущественное значение для эволюции имеет неопределенная изменчивость «Гипотеза пангенезиса»: геммулы перемещаются по циркуляторным системам из всех частей тела в половые клетки Содержание эволюционного учения Ч. Дарвина

Искусственный отбор – среди многообразных признаков, имеющихся у культурных растений и домашних животных, человек отбирает те, которые считает для себя нужными Содержание эволюционного учения Ч. Дарвина

Борьба за существование: Зависимость одного живого существа от другого и от неорганической среды Следствием борьбы за существование является естественный отбор Отбор по декоративным признакам (половой отбор) = отбор на жизнеспособность, т. е. естественный отбор Содержание эволюционного учения Ч. Дарвина

Пути эволюции  дивергенция признаков Проблема вида: естественная систематика должна быть основана на генеалогическом родстве видов Страница дневника Ч. Дарвина Содержание эволюционного учения Ч. Дарвина

Происхождение человека. Сопоставление анатомических, физиологических и эмбриологических признаков человека и животных свидетельствуют об их кровном родстве и подтверждают развитие человека от животного предка Содержание эволюционного учения Ч. Дарвина

3.7. Создание и развитие эволюционной палеонтологии

Роль теории Ч. Дарвина в перестройке палеонтологии до Дарвина палеонтологи искали, прежде всего, отличия, позволяющие описать все новые и новые виды, характерные для выделяемых ими геологических ярусов после они стремились обнаружить черты сходства и проследить последовательные изменения, позволяющие составить эволюционные ряды предков Аммониты

Роль теории Ч. Дарвина в перестройке палеонтологии Один из первых родословных рядов был описан В. Ваагеном (1869). Он состоял из последовательно сменявших друг друга форм в пределах одного и того же вида аммонитов

Неймайр описал эволюционные ряды третичных палюдин (1875) M. Неймайр и его эволюционный ряд палюдин (1875) Роль теории Ч. Дарвина в перестройке палеонтологии

В. О. Ковалевский (1842–1883) В. О. Ковалевский и создание эволюционной палеонтологии

при изучении эволюции лошадей, а затем и некоторых ветвей парнокопытных он успешно применил разработанный им в свете теории Дарвина новый метод палеонтологического исследования устанавливал филогенетические отношения посредством тщательного исследования скелета, мускулатуры и способов их движения прослеживал связь изменения формы с изменениями функции органа и образа жизни животного под влиянием преобразования условий среды В. О. Ковалевский и создание эволюционной палеонтологии

По Ковалевскому, эволюция главных ветвей копытных выразилась в приспособлении к быстрому бегу по твердому грунту и питанию травянистой растительностью В. О. Ковалевский и создание эволюционной палеонтологии

В. О. Ковалевский и создание эволюционной палеонтологии

Э. Д. Коп (1840–1897) по Копу, естественный отбор имеет второстепенное значение в эволюции; от него зависит не возникновение, а лишь «переживание приспособленного» важнейшим фактором эволюции является управляемое сознанием движение Ламаркистское истолкование данных палеонтологии

изменения, вызванные упражнением органа, наследуются. В результате в филогенетических линиях происходят строго направленные изменения формы, объединяемые родами, семействами и систематическими подразделениями более высокого ранга, имеют полифилетическое происхождение, т. е. возникают из разных корней Ламаркистское истолкование данных палеонтологии

Л. Долло (1857–1931) Палеонтологический метод Л. Долло

изобрел этологический метод: изучение морфологических особенностей ископаемых животных, связанных с их образом жизни в соответствующей среде закон Долло – «закон необратимости эволюции»: организм не может вернуться даже частично к предшествующему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков закон Долло нельзя понимать как некий абсолютно ненарушаемый принцип. Частичное возрождение некоторых органов и признаков далекого предка возможно, если они сохранились в онтогенезе Палеонтологический метод Л. Долло

Отпечаток и реконструкция археоптерикса Обнаружение новых ископаемых форм

1861 г. – найден первый скелет археоптерикса 1899 г. – найдена группа скелетов пермских травоядных и хищных пресмыкающихся на берегу Северной Двины середина XIX в. – расцвет палеоботанических исследований, давших науке ценные материалы об ископаемых флорах не только Европы и Северной Америки, но и Гренландии, Шпицбергена, Австралии, Малайского архипелага Обнаружение новых ископаемых форм

В 1893 г. К. Циттель завершил свое пятитомное «Руководство по палеонтологии», в котором собраны сведения об ископаемых организмах, накопленные за весь период существования палеонтологии до конца XIX в. Обнаружение новых ископаемых форм

3.8. Создание эволюционной эмбриологии животных

Эмбриологи середины XIX в. не сомневались в справедливости теории типов Кювье – Бэра «…Каждый тип животных — позвоночные, мягкотелые, суставчатоногие и пр.— представляет особое, строго замкнутое целое, и поэтому нет никакой возможности проводить параллель между анатомическим устройством и историей развития представителей этих разных типов…» Сравнительное изучение эмбрионального развития

Теория типов, сформулированная Кювье на сравнительно-анатомической основе и подтвержденная эмбриологическими исследованиями Бэра, оставалась незыблемой вплоть до того времени, когда Дарвин обосновал идею единства происхождения всего животного мира Сравнительное изучение эмбрионального развития

А. О. Ковалевский (1840–1901) И. И. Мечников (1845–1916) Создание эволюционной эмбриологии

Дата ее зарождения – середина 60-х годов XIX в. Это начало эмбриологических исследований основоположников эволюционной сравнительной эмбриологии Создание А. О. Ковалевским и И. И. Мечниковым эволюционной эмбриологии

Потратили 20 лет упорного труда на раскрытие закономерностей эмбрионального развития: некоторых групп сборного типа (черви) сомнительных в систематическом отношении форм (бесчерепных, оболочников, плеченогих, щетинкочелюстных и т. д.) тех классов животных, эмбриональное развитие которых протекает совершенно отлично от позвоночных (губок, кишечнополостных, щетинконогих кольчецов, боконервных, лопатоногих и головоногих моллюсков, ракообразных, паукообразных и насекомых) Создание А. О. Ковалевским и И. И. Мечниковым эволюционной эмбриологии

Развитие асцидий по А. О. Ковалевскому (1866) Создание А. О. Ковалевским и И. И. Мечниковым эволюционной эмбриологии

А. О. Ковалевский 1865 г. – магистерская диссертация, посвященная развитию ланцетника. Вывод: низшее хордовое животное начинает развиваться по типу беспозвоночных и лишь позднее приобретает признаки позвоночного 1866 г. – статья по эмбриологии асцидий. Вывод: установлено полное соответствие в образовании нервной системы у позвоночных и асцидий Создание А. О. Ковалевским и И. И. Мечниковым эволюционной эмбриологии

Идея существования зародышевых листков у беспозвоночных до начала 70-х годов XIX в. считалась малоправдоподобной Подтверждение гомологии зародышевых листков позвоночных и беспозвоночных

Учение о зародышевых листках насекомых (и кольчатых червей) встало на твердую почву только после исследования А. О. Ковалевского (1871), впервые применившего в эмбриологии беспозвоночных метод окрашенных микротомных срезов. Он не только установил наличие у малощетинковых кольчецов трех зародышевых листков, из которых, как и у позвоночных, наружный дает начало покровам и нервной системе, средний – мышцам и органам выделения, а нижний – пищеварительной трубке, но и показал возникновение каждого из этих листков из определенных бластомеров Подтверждение гомологии зародышевых листков позвоночных и беспозвоночных

Э. Геккель (1834–1919) Проблема происхождения многоклеточных организмов

Теория гастреи у размножавшихся посредством деления простейших предков многоклеточных животных на определенном этапе эволюции дочерние особи перестали расходиться и образовали скопление, превратившееся затем в полый шар; одна из стенок этого клеточного шара впятилась, и появилось двуслойное образование (гастрея), сходное с инвагинационной гаструлой, характерной для многих беспозвоночных и хордовых первичность инвагинационного способа обособления зародышевых листков Проблема происхождения многоклеточных организмов

И. И. Мечников (1845–1916) Проблема происхождения многоклеточных организмов

Теория паренхимеллы или фагоцителлы предком многоклеточных было колониальное простейшее, часть клеток которого оставалась на поверхности, образуя эктодерму, или кинобласт, а остальные, оказавшиеся внутри, образовывали энтодерму, или фагоцитобласт инвагинационная гаструляция, которую Геккель считал первичной, возникла в результате достаточно длительного процесса эволюции Проблема происхождения многоклеточных организмов

Ф. Мюллер (1821–1897) Проблема соотношения онтогенеза и филогенеза

новые признаки формируются путем видоизменения какого-либо отрезка онтогенеза или путем прибавления (надставки) новой стадии к прежнему, неизменному онтогенезу. В последнем случае «историческое развитие вида будет отражаться в истории его индивидуального развития» существует многообразие типов эмбриональной дивергенции Проблема соотношения онтогенеза и филогенеза

Биогенетический закон Геккеля: «Онтогенез является кратким и быстрым повторением филогенеза...» Теория рекапитуляции. Онтогенез включает два типа признаков: палингенезы – признаки филогенетически далеких предков и ценогенезы – вторичные признаки, возникшие в результате приспособления к определенным условиям эмбриональной или личиночной жизни Проблема соотношения онтогенеза и филогенеза

История биологии. В 2 т. – М. : Наука. Т. 1. 1972. Т. 2. 1975. Азимов, А. Краткая история биологии. От алхимии до генетики / А. Азимов. – М. : ЗАО Центрполиграф, 2004. – 223 с. Воронцов, Н. Эрнст Геккель, который был большим дарвинистом, чем сам Дарвин / Н. Воронцов // Знание – сила. 2001. – № 9 (http://www.znanie-sila.ru/online/issue_1417.html) Аносов, И. П., Кулинич, Л. Я. Основы эволюционной теории / И. П Аносов, Л. Я. Кулинич. – Киев : Твiм Iнтер, 1999. – 288 с. Плавильщиков, Н. Н. Гомункулус. Очерки из истории биологии / Н. Н. Плавильщиков. – М. : Госуд. изд-во дет. лит-ры, 1958. (http://www.sivatherium.h12.ru/library/Plvlshkv/gl_08.htm#1) Библиографический список

3.9. Перестройка сравнительной анатомии на основе дарвинизма

С появлением дарвинизма начался новый период в развитии сравнительной анатомии Новое истолкование учения о гомологичных органах. Их сходство является следствием общности происхождения Аналогичные органы. Их сходство объясняется кровным родством всего органического мира, накладывающим отпечаток на характер приспособительной эволюции систематически далеко отстоящих друг от друга групп Чарльз Дарвин (1809–1882)

Возникновение филогенетического направления в морфологии Э. Геккель (1834–1919) Цель филогенетического направления  отыскать филогенетические связи между организмами и доказать единство происхождения органического мира Основоположник филогенетического направления  Э. Геккель, который разработал метод «тройного параллелизма» Сходство сравнительно-анатомических рядов усложнения форм, палеонтологических рядов из последовательных слоев осадков и усложнения организма в ходе эмбрионального и личиночного развития

Основатель морфологической школы. Упор на сравнительно-анатомические материалы и «гомологический» метод 1870 г. – автор классического руководства по сравнительной анатомии позвоночных Сравнительно-анатомическим работам он придал филогенетическую направленность, провозгласив конечной целью исследования установление филогенетических связей Возникновение филогенетического направления в морфологии К. Гегенбаур (1826–1903)

Определили главные критерии гомологии: Филогенетический (общность происхождения) Онтогенетический (происхождение из одной закладки) Несколько видов гомологии Сходство однотипных органов, повторяющихся в организме одного и того же животного, – общая гомология Соответствие между органами различных животных, связанных общностью происхождения от одного органа далекого предка, – частная гомология Сходство органов, которые выполняют одинаковые функции, вследствие чего они развиваются параллельно и аналогично – гомойология Учение о гомологии К. Гегенбаур Э. Геккель

Было установлено, что голова позвоночных развивалась из передней части осевого скелета за счет преобразования некоторых жаберных дуг в челюстной аппарат, а позвонков – в осевую часть черепа Теория архиптеригия Первичная пятипалая конечность, по Гегенбауру, произошла путем преобразования архиптеригия — плавника, состоящего из главной оси и отходящих от нее боковых лучей Северцов подтвердил теорию архиптеригия, но внес в нее важные коррективы: пятипалая конечность наземных позвоночных возникла из более расчлененной шести- или семипалой конечности предков современных амфибий, которая в процессе эволюции претерпела упрощение Проблемы эволюции черепа и конечностей К. Гегенбаур А. Н. Северцов

3.10. Развитие филогенетической систематики животных

Принципы естественной систематики по Геккелю и Дарвину

Принципы естественной систематики по Геккелю и Дарвину Геккель делил органический мир на три царства – протистов, животных и растений. Его родословное древо начиналось единым стволом и завершалось детализированными ветвями для отдельных типов, классов и даже отрядов. В пределах ветвей были объединены все организмы, в общем происхождении которых от единого предка Геккель не сомневался

Принципы естественной систематики по Геккелю и Дарвину В основании разработанного Геккелем родословного древа животного мира – монеры — воображаемые доклеточные безъядерные организмы. Далее это первичные одноклеточные организмы («амебы»), клеточные колонии («мореады») и полые шары («бластеады»). Следующий этап эволюции, приведший к образованию многоклеточных, связан с появлением их общего гипотетического предка – гастреи

Библиографический список История биологии. В 2 т. – М. : Наука. Т. 1. 1972. Т. 2. 1975. Азимов, А. Краткая история биологии. От алхимии до генетики / А. Азимов. – М. : ЗАО Центрполиграф, 2004. – 223 с. Воронцов, Н. Эрнст Геккель, который был большим дарвинистом, чем сам Дарвин / Н. Воронцов // Знание – сила. 2001. – № 9 (http://www.znanie-sila.ru/online/issue_1417.html) Аносов, И. П., Кулинич, Л. Я. Основы эволюционной теории / И. П Аносов, Л. Я. Кулинич. – Киев : Твiм Iнтер, 1999. – 288 с. Плавильщиков, Н. Н. Гомункулус. Очерки из истории биологии / Н. Н. Плавильщиков. – М. : Госуд. изд-во дет. лит-ры, 1958. (http://www.sivatherium.h12.ru/library/Plvlshkv/gl_08.htm#1)

3.11. Развитие физиологии животных и человека

Франция М. Ф. К. Биша (1771–1802) Ф. Мажанди (1783—1855) Клод Бернар в лаборатории в Коллеж де Франс среди своих учеников Развитие физиологии в отдельных странах

И. Мюллер (1801—1858) Э. дю Буа-Реймон (1818–1896) К. Людвиг (1816–1895) Развитие физиологии в отдельных странах Германия

Развитие физиологии в отдельных странах Россия

3.12. Развитие эмбриологии растений

Э. Страсбургер (1844–1912) И. Н. Горожанкин (1848–1904) В. И. Беляев (1855–1911) Изучение зародышевого мешка и пыльцевых зерен

С. Г. Навашин (1857–1930) Двойное оплодотворение у растений Рисунки С. Г. Навашина Открытие двойного оплодотворения у покрытосеменных

3.13. Развитие морфологии и систематики растений

А. Энглер (1844–1930) Ю. Сакс (1832–1897) Филогенетические системы конца XIX в.

3.14. Оформление физиологии растений

К. А. Тимирязев (1843–1920) Механизм фотосинтеза, пигменты растений

Первый микроспектроскоп К. А. Тимирязева (1871) Механизм фотосинтеза, пигменты растений

3.15. Изучение процесса размножения клеток

Телофаза и анафаза в клетках тычиночной нити традесканции. Справа рисунок В. Гофмейстера (1849) Представления о способах возникновения клеток до начала 70-х гг.

Деление клеток по Э. Руссову (1872) Представления о способах возникновения клеток до начала 70-х гг.

Деление клетки по А. Шнейдеру (1873) Представления о способах возникновения клеток до начала 70-х гг.

Деление клетки по И. Д. Чистякову (1874) Представления о способах возникновения клеток до начала 70-х гг.

Деление клеток по Э. Страсбургеру (1875) Детальные описания митозов во второй половине 70-х годов

Деление клеток эпидермиса хвоста тритона по П. И. Перемежко (1879) Детальные описания митозов во второй половине 70-х годов

Деление клеток по В. Флеммингу (1882) Детальные описания митозов во второй половине 70-х годов

Глава 4 Становление и развитие современной биологии (с середины XIX до начала XXI в.)

4.1. Изучение физико-химических основ жизни

Формирование биохимии Современная биологическая химия сформировалась на рубеже XIX и XX вв. Развитие химии природных соединений – жиров, углеводов, белков Первые успехи энзимологии Разработка основных положений о многоступенчатости обмена веществ и роли ферментов в этих процессах Главной целью биохимии стало изучение методами химии не суммарных процессов обмена веществ, а превращений в организме каждого отдельного соединения и разработка представлений о деталях обменных процессов в их совокупности

Этапы развития биохимии До XIX в. – первые попытки создать специфическую физику и химию живого Первая половина XX в. – кардинальные открытия: построение общей схемы обмена веществ установление природы ферментов и исследование их важнейших свойств расширение знаний о других биологически активных соединениях В 40–50-е годы – развитие и усовершенствование биохимических методов исследования

Область исследования В настоящее время биохимия – это наука, изучающая состав организмов структуру, свойства и локализацию обнаруживаемых в них соединений пути и закономерности их образования последовательность и механизм их превращений биологическую и физиологическую роль этих соединений Биохимические исследования тесно связаны с решением проблем теоретической и прикладной биологии и медицины

Термин «органические вещества» В 1807 г. Берцелиус предложил вещества, получаемые из живых (либо когда-то бывших живыми) организмов, называть «органическими веществами», а иные – «неорганическими веществами» Считал, что возможно (и достаточно легко) конвертировать органические вещества в неорганические, но обратное изменение невозможно (это заявление было опровергнуто в 1828 г. Веллером) Йене Якоб Берцелиус (1779–1848) Химическое строение жиров, углеводов и белков

Пьер Эжен Марселей Бертло (1827–1907) синтезировал органические вещества: метиловый спирт, этиловый спирт, метан, бензол, ацетилен – из чисто неорганических веществ Во второй половине XIX в. появилось множество синтезированных органических веществ Органическая химия не оставалась более наукой о веществах, образованных жизненными формами и стала называться «химией углеродных соединений» Абиогенный синтез органических веществ Химическое строение жиров, углеводов и белков

Состав органических веществ 1827 г. – английский физиолог Уильям Прут (1785–1850) впервые назвал группы сложных органических соединений, содержащихся в живых организмах и составленных из углерода, водорода и кислорода: гидрокарбонаты (углеводы), включающие сахара, крахмалы, целлюлозу, содержащие большое количество кислорода липиды (жиры), включающие жиры и масла, содержащие мало кислорода протеины (белки) Химическое строение жиров, углеводов и белков

Строение липидов Строение и синтез жиров изучал Пьер Бертло: 1854 г. – установил, что глицерин является многоатомным спиртом; синтезировал его моно-, ди- и триацетаты установил, что природные жиры представляют собой сложные эфиры жирных кислот Тристеарин – пример триацилглицерола (природного жира) Химическое строение жиров, углеводов и белков

Эмиль Фишер – исследования в области углеводов: 1890 г. – предложил простую номенклатуру углеводов разработал метод превращения альдогексоз в кетогексозы, позволивший установить различия и тождество конфигураций групп СНОН у различных гексоз разработал методы синтеза гексоз Эмиль Херманн Фишер (1852–1919) Строение углеводов Химическое строение жиров, углеводов и белков

1902–1919 гг. – Фишер разработал методы синтеза соединений аминокислот (пептидов и полипептидов различного строения) Фишер доказал, что основным типом связи аминокислот в молекуле белка является амидная связь между аминогруппой одной аминокислоты и карбоксилом другой – пептидная связь Строение белков Химическое строение жиров, углеводов и белков

1836 г. – Берцелиус предложил термин «катализ» Реамюр показал, что пищеварение — это химический процесс 1824 г. – английский врач Уильям Прут (1785–1850) выделил из желудочного сока соляную кислоту 1835 г. – Шванн получил пепсин (экстракт желудочного сока, который не содержал соляной кислоты, но разлагал мясо быстрее, чем кислота), т. е. истинный фермент Понимание того, что ферменты – это и есть катализаторы процессов, идущих в живых тканях Открытие ферментов Изучение биокаталитических реакций

1894 г. – Э. Фишер обнаружил у ферментов свойство избирательного действия на различные субстраты Исследования Фишера способствовали развитию представлений о стерическом соответствии между ферментом и субстратом (широко известен афоризм Фишера – «фермент подходит к субстрату, как ключ к замку») Специфичность действия ферментов Изучение биокаталитических реакций

1902 г. – гипотезы о механизме действий ферментов и образовании фермент-субстратных комплексов (А. Браун, Э. Армстронг) 1903 г. – В. Анри впервые вывел кинетические уравнения ферментативной реакции 1913 г. – Л. Михаэлис и М. Ментен разработали первую кинетическую теорию действия ферментов Кинетика ферментативной реакции согласно теории Михаэлиса – Ментен Механизм действия ферментов Изучение биокаталитических реакций

1926 г. – Джеймс Самнер впервые получил фермент (уреазу) в кристаллической форме и доказал его протеиновую природу 1930, 1932, 1935 гг. – Джон Нортроп выделил из желудочного сока и получил кристаллические формы пепсина, трипсина и химотрипсина. Все энзимы имели протеиновую природу Джеймс Батчелор Самнер (1904–1971) Протеиновая природа ферментов Изучение биокаталитических реакций

1898 г. – Ч. Лэнгуорти сформулировал «закон питания», пища служит двум целям: поставке энергии для поддержания температуры тела и работы снабжению материалом для построения тела 1896 г. – Христиан Эйкман связал развитие болезни бери-бери с нарушениями в пищевом рационе Хопкинс, Фанк предположили, что ряд заболеваний (бери-бери, цинга, пеллагра, рахит) вызываются дефицитом каких-то веществ в следовых количествах в рационе Больной, страдающей пеллагрой Роль пищевого рациона Открытие витаминов и коэнзимов

1912 г. – Фанк предложил название витамины («вита» — жизнь), так как открытое им вещество было амином Благодаря витаминной гипотезе Хопкинса – Фанка в первой трети XX в. удалось победить некоторые заболевания, установив разумный рацион, или диету 1913 г. – американский биохимик Элмер Верной Макколлам предложил именовать витамины первыми буквами латинского алфавита (А, В, С, D, Е, К) Появление термина «витамин» Открытие витаминов и коэнзимов

Хэрден и другие показали, что некоторые ферменты для выполнения каталитической функции требуют присутствия небольшой молекулы – кофермента (коэнзима) 1920-е годы – показано, что многие коферменты содержат витаминоподобные структуры Открытие коферментов Открытие витаминов и коэнзимов

Методы исследования метаболизма клетки облегчаются использованием атомов-изотопов 1935 г. – выделен редкий изотоп водорода – дейтерий, который использовался для изучения метаболизма жировых клеток Радиоактивный изотоп N15 активно использовался для изучения метаболизма аминокислот Рудольф Шенхеймер (1898–1941) – автор метода "маркировки" молекул радиоактивными изотопами Радиоактивные изотопы Создание новых методов

1923 г. – Теодор Сведберг представил новый метод для определения размера протеиновых молекул – ультрацентрифугирование В 1937 г. шведский биохимик Арне Тиселиус изобрел метод электрофоретического и хроматографического анализа Ультрацентрифугирование и электрофорез зависят от свойств протеиновой молекулы Теодор Сведберг (1884–1971) Электрофорез и ультрацентрифугирование Создание новых методов

В 1960 г. впервые с использованием рентгеновской дифракции и компьютерной обработки английские ученые Макс Фердинанд Перутц и Джон Коудери Кендрю показали трехмерную молекулу миоглобина со всеми аминокислотами в ее составе Модель третичной структуры молекулы миоглобина (по Дж. Кендрью) Рентгеновская дифракция Создание новых методов

1906 г. – русский ботаник Михаил Цвета (1872–1919) изобрел метод хроматографии (разделения сложных смесей) 1944 г. – английские биохимики Арчер Мартин и Ричард Синг разработали метод хроматографии на фильтровальной бумаге 1953 г. – Фредерик Сенгер установил первичную структуру инсулина Хроматография Создание новых методов

1933 г. – из рентгеноструктурных исследований У. Астбери следовало, что пептидные цепи белковых молекул скручены или уложены каким-то строго определенным образом 1951 г. – Л. Полинг и Р. Кори сформулировали теорию вторичной структуры белков – теорию α-спирали Схематичное изображение α-спиральной структуры пептидной цепи Вторичная структура белка Структура, функции и биосинтез белка

1959 г. – М. Перутц и сотрудники установили трехмерную структуру гемоглобина, затратив на эту работу более 20 лет (первые рентгенограммы гемоглобина были получены Перутцем в 1937 г.) Таким образом, Перутц впервые описал четвертичную структуру белка Модель гемоглобина (по Перутцу) Четвертичная структура белка Структура, функции и биосинтез белка

1941 г. – Т. Касперсон (Швеция) и 1942 г. – Ж. Браше (Бельгия) пришли к выводу, что рибонуклеиновые кислоты играют определяющую роль в синтезе белка 1953 г. – Е. Гейл и Д. Фокс получили прямые доказательства непосредственного участия РНК в биосинтезе белка Роль РНК и АТФ Структура, функции и биосинтез белка

В 1954 г. П. Замечник, Д. Литлфилд, Р. Б. Хесин-Лурье и другие обнаружили, что наиболее активное включение аминокислот происходит в богатых РНК фракциях субклеточных частиц – микросомах П. Замечник и Э. Келлер (1953–1954) обнаружили, что в биосинтезе белка используется АТФ Роль РНК и АТФ Структура, функции и биосинтез белка

В 1957 г. Ф. Крик выдвинул адапторную гипотезу о существовании в клетке полинуклеотидных адапторов, необходимых для правильного расположения аминокислотных остатков синтезирующегося белка на нуклеиновой матрице В 1962 г. Ф. Шапвиль показал, что местоположение аминокислоты при синтезе белка полностью определяется специфической РНК Каждая тРНК содержит антикодон, комплементарный кодону в мРНК Адапторная функция тРНК Структура, функции и биосинтез белка

1958 г. – известны основные этапы белкового синтеза: активация аминокислоты специфическим ферментом из «рН 5 фракции» в присутствии АТФ с образованием аминоациладенилата присоединение активированной аминокислоты к специфической РНК с высвобождением АМФ связывание аминоацил-РНК с микросомами и включение аминокислот в белок с высвобождением РНК 1958 г. – Хогланд отметил, что на последнем этапе белкового синтеза необходим ГТФ Этапы биосинтеза белка Структура, функции и биосинтез белка

1869 г. – Фридрихом Майшером в ядре клетки впервые обнаружены нуклеиновые кислоты В деталях нуклеиновые кислоты исследованы германским биохимиком Альбрехтом Кесселем. В 1880-х годах он выделил из нуклеиновых кислот составляющие их блоки: Пурины: аденин и гуанин (А и Г) Пиримидины: цитозин, тимин, урацил (Ц, Т и У) Фосфорную кислоту Сахара Открытие нуклеиновых кислот Структура нуклеиновых кислот

Фабус Арон Теодор Левин (1869–1940) показал, что в молекуле нуклеиновой кислоты молекула фосфорной кислоты, молекула сахара и один из пуринов или пиримидинов формируют трехчленный блок – нуклеотид Молекула нуклеиновой кислоты состоит из цепочек этих нуклеотидов, как протеины состоят из цепочек аминокислот Нуклеотидная цепочка составлена из фосфорной кислоты одного из нуклеотидов, присоединенной к сахарной группе другого нуклеотида От «сахарофосфатного позвоночника» отходят индивидуальные группы пуринов и пиримидинов Исследования Левина Структура нуклеиновых кислот

Левин показал, что существуют два типа нуклеиновых кислот, каждая молекула содержит только один тип сахаров: рибоксинуклеиновая кислота (РНК) – содержит в составе рибозу дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) – содержит в составе дезоксирибозу У ДНК в составе нет У и имеется А, Г, С и Т У РНК в составе нет Т, но есть А, Г, У Состав РНК и ДНК Структура нуклеиновых кислот

Состав РНК и ДНК Структура нуклеиновых кислот

До 1944 г. в нуклеопротеинах основной частью считался протеин, а непротеиновая составляющая – подчиненной 1944 г. – группа ученых под руководством американского бактериолога Освальда Звери в исследованиях со штаммами пневмококков доказали, что именно нуклеиновая кислота, а не протеин является генетической субстанцией Роль нуклеиновых кислот Структура нуклеиновых кислот

Биохимик Эрвин Чаргафф доказал, что в молекуле ДНК: число пуриновых групп равно числу пиримидиновых групп число адениновых групп (пурин) обычно равно числу тиминовых групп (пиримидин) число гуаниновых групп (пурин) равно числу цитозиновых (пиримидин) Графически можно это выразить как А=Т и Г=Ц Эрвин Чаргафф (Erwin Chargaff, 1905–2002) Правила Чаргаффа Структура нуклеиновых кислот

В 1953 г. американский генетик Джеймс Уотсон и английский физик Фрэнсис Крик как результат своих работ в Кэмбриджском университете предложили трехмерную модель ДНК Модель состоит из 2 цепей ДНК, закрученных в спираль вправо вокруг одной и той же оси с образованием двойной спирали Крик указывает Уотсону на металлическую модель ДНК «Двойная спираль» ДНК Структура нуклеиновых кислот

Уотсон и Крик впервые сформулировали принцип комплементарного строения ДНК – последовательность оснований одной цепи однозначно определяет последовательность оснований в другой (комплементарной) цепи Таким образом, уже в самой структуре ДНК заложена потенциальная возможность ее точного воспроизведения Две правозакрученные вокруг общей оси спиральные полинуклеотидные цепи. Напротив А всегда Т; напротив G всегда C Принцип комплементарности в ДНК Структура нуклеиновых кислот

Развитие генно-инженерных методов стало возможным после открытия: ДНК-метилаз рестрицирующих эндонуклеаз Генная инженерия Структура нуклеиновых кислот

Открыты реальные пути для получения принципиально новых организмов путем введения и встраивания в их генофонд разнообразных генов: Получен новый тип биологически активных плазмид, дающих устойчивость к некоторым антибиотикам (С. Коэн, 1973) Введены рибосомальные гены лягушки и дрозофилы в плазмиды кишечной палочки (Дж. Морроу, 1974; X. Бойер, Д. Хогнесс, Р. Девис, 1974–1975) Генная инженерия Структура нуклеиновых кислот

Единство брожения и дыхания Изучение метаболизма

1905 г. – Артур Хэрден впервые начал изучение промежуточных продуктов метаболизма 1910 г. – С. П. Костычевым разработаны представления о единстве брожения и дыхания 1907, 1911 гг. – Костычев показал, что начальные фазы аэробного дыхания должны быть сопряжены с конечными фазами анаэробного распада углеводов Единство брожения и дыхания Изучение метаболизма

1930-е гг. – Карл и Герти Кори выяснили роль АТФ как донора фосфатных групп 1941 г. – Фриц Липман выдвинул концепцию, согласно которой АТФ в клетках играет роль главного и универсального переносчика химической энергии АТФ-цикл в клетках (предположение о существовании первым высказал Фриц Липман) Цикл АТР Изучение метаболизма

1937 г. – Ханс Адольф Кребс предложил схему сложного цикла превращений органических кислот, объясняющую все основные моменты их окисления и образования АТФ Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса) связал процессы поэтапного окисления органических веществ и постепенного выделения энергии в организме Кребс также установил этапы образования мочевины Ханс Адольф Кребс (1900—1981) Цикл Кребса Изучение метаболизма

Схема строения дыхательной цепи во внутренней мембране митохондрий человека Исследования дыхательной цепи Изучение метаболизма

Формирование основных представлений о дыхательной цепи происходит в 30–40-х годах XX в. Изучение ферментов дыхательной цепи и введение понятия о переносе электронов и окислительно-восстановительном потенциале закончилось в 40-х годах построением схемы дыхательной цепи Исследования дыхательной цепи Изучение метаболизма

Середина ХХ в. – поворот от представления о биохимических процессах в клетке как изолированных реакциях к представлениям о системе обменных процессов, связанных между собой во времени и пространстве: 1937 г. – А. Е. Браунштейн открыл реакцию трансаминирования, связав превращения отдельных аминокислот с циклом Кребса Р. Шенхеймер показал, что цикл Кребса – связующее звено между обменом углеводов и азотных соединений Р. Шенхеймер установил, что все компоненты тела находятся в весьма активном динамическом состоянии, образуя так называемый «метаболический котел» Динамическая биохимия Изучение метаболизма

К 40-м годам XX в. динамическое направление в биологической химии стало главной линией развития этой отрасли биологии Динамическая биохимия Изучение метаболизма

1957 г. – А. Сцент-Дьёрдьи ввел в науку термин «биоэнергетика» для обозначения новой области биологии, связанной с изучением молекулярных механизмов энергетического обмена клетки Биоэнергетика изучает: Молекулы, ответственные за превращение энергии в клетке Механизм работы этих молекул Проблемы биоэнергетики Молекулярная биоэнергетика

1930 г. – В. А. Энгельгардт открыл процесс аккумуляции энергии – окислительное фосфорилирование 1949 г. – А. Ленинджер показал, что окислительное фосфорилирование происходит в митохондриях, имеющих две мембраны – внешнюю и внутреннюю Позднее доказана мембранная локализация ферментов окислительного фосфорилирования и фотофосфорилирования для растений и микроорганизмов Роль мембран Молекулярная биоэнергетика

1961–1966 гг. – П. Митчелл разработал хемиосмотическую теорию окислительного фосфорилирования Теория Митчелла объяснила механизм сопряжения процесса переноса электронов с процессом образования АТФ в результате окислительного фосфорилирования Питер Деннис Митчелл (1920–1992) Теория Митчелла Молекулярная биоэнергетика

Сопряжение переноса электронов с синтезом АТФ согласно хемиосмотической гипотезе Сопряжение процессов Молекулярная биоэнергетика

Согласно теории Митчелла химическая энергия процесса окисления в митохондриях претерпевает несколько преобразований: на первой стадии она превращается в электрическую (мембранный потенциал) на второй стадии вновь переходит в химическую форму и используется для фосфорилирования АТФ неорганическим фосфатом Сопряжение процессов Молекулярная биоэнергетика

В результате действия всех видов энергии из химических элементов синтезировались первичные соединения: углеводороды (в первую очередь метан), аммиак, цианистый водород, окись углерода, сероводород, простейшие альдегиды (и прежде всего формальдегид) и т. д. Последовательность процессов возникновения органических веществ Предбиологическая эволюция

Основным их свойством была высокая реакционная способность: Первичные соединения служили исходными веществами для образования органических соединений – мономеров Из мономеров путем конденсации возникали полимеры – основные составные компоненты всех живых организмов Последовательность процессов возникновения органических веществ Предбиологическая эволюция

Моделирование процессов Предположение о возможности моделирования процессов, происходивших на древней Земле высказывали А. И. Опарин и Дж. Холдейн 1953 г. – С. Миллер провел опыты по абиогенному синтезу биохимически важных соединений (среди продуктов реакции были обнаружены аминокислоты и органические кислоты) Схема прибора С. Миллера Предбиологическая эволюция

В настоящее время в разных лабораториях осуществлен абиогенный синтез многих биологически важных мономеров: Почти всех аминокислот 30 видов сахаров (гексоз, пентоз, тетроз, триоз) Жирных кислот, содержащих до 12 углеродных атомов Пуринов и пиримидинов Нуклеозидов и нуклеотидов Абиогенный синтез моно- и полимеров Предбиологическая эволюция

Следующий этап предбиологической эволюции – дальнейшее усложнение органических соединений, связанное с полимеризацией мономеров (без участия ферментов были синтезированы полипептиды, полинуклеотиды) Абиогенный синтез моно- и полимеров Предбиологическая эволюция

Следующий этап эволюции на пути возникновения жизни – формирование определенной структурной организации абиогенно синтезированных органических соединений Пространственно обособленные открытые системы (протоклетки) получают экспериментальным путем из различных исходных компонентов Протеиноидные микросферы С. Фокса (по Fox, 1965) Структурная организация органического вещества Предбиологическая эволюция

Коацерватные капли – хорошая модель открытой системы: поглощают из окружающей среды вещества и энергию преобразовывают их в продукты синтеза или распада продукты синтеза входят в состав капли, обеспечивая наращивание ее массы продукты распада выделяются в среду скорости ферментативных реакций в коацерватных каплях существенно выше, чем в гомогенных растворах (особенно при сочетании действия двух ферментов) Коацерватные капли Опарина Предбиологическая эволюция

Опыты с коацерватами показали важность надмолекулярной структурной организации и, в частности, ее значение для функционирования клеточных катализаторов Коацерватные капли Опарина Предбиологическая эволюция

Как из гипотетической протоклетки возникла первичная клетка, способная к самовоспроизведению, до сих пор неизвестно В лабораторных условиях не удалось получить самореплицирующуюся систему из простых предшественников Первичные клетки Предбиологическая эволюция

Определенную важность для зарождения первичной клетки имели следующие процессы: Появление асимметрии живых организмов Возникновение и эволюция каталитической активности Возникновение и эволюция матричного синтеза Первичные клетки Предбиологическая эволюция

Азимов, А. Краткая история биологии. От алхимии до генетики / А. Азимов. – М. : ЗАО Центрполиграф, 2004. – 223 с. Гусев, М. В. Микробиология / М. В. Гусев, Л. А. Минеева. – М. : Академия, 2007. – 464 с. История биологии: в 2 т. Т. 1 – М. : Наука, 1972. История биологии: в 2 т. Т. 2 – М. : Наука, 1975. Ленинджер, А. Основы биохимии: в 3 т. / А. Ленинджер. – М. : Мир, 1985. Garrett, R. H. Biochemistry / R. H. Garrett, C. M. Grisham. – 2nd Edition, 1999. Алхимик. – Режим доступа: http://www.alhimik.ru/. Журнал «Вокруг света». – http://www.vokrugsveta.ru/. Библиографический список

Журнал «Наука и жизнь». – Режим доступа: http://nauka.relis.ru/. Открытый колледж. / Физикон. – М, 2008. – Режим доступа: http://www.college.ru/. Энциклопедия «Кругосвет». – Режим доступа: http://www.krugosvet.ru/. Библиографический список

4.2. Микробиология и ее преобразующее воздействие на биологию

До конца XIX в. микробиология имела другое название – «бактериология» 1878 г. – французский хирург Шю Седийо впервые ввел в употребление термин «микроб» 1897 г. – Э. Дюкло (ученик и сотрудник Л. Пастера) предложил название – «микробиология» Рождению бактериологии как самостоятельной научной дисциплины предшествовал длительный период умозрительных, а затем эмпирических представлений о природе явлений, связанных с деятельностью микроорганизмов История возникновения

Проблема происхождения инфекционных болезней Природа процессов брожения и гниения Проблема самозарождения микроорганизмов Главные решаемые проблемы

Первая половина XIX в. – описательное морфолого-систематическое изучение микроорганизмов Вторая половина XIX в. – физиологическое изучение микроорганизмов, основанное на точном эксперименте Французский исследователь П. Таннери: «Перед лицом бактериологических открытий история других естественных наук за последние десятилетия XIX столетия кажется несколько бледной» Этапы развития в XIX в.

Появление новых научных дисциплин и направлений, различающихся объектом исследования и задачами: вирусология микология общая микробиология техническая сельскохозяйственная экологическая медицинская генетика микроорганизмов Дифференциация микробиологии в XX в.

Первый человек, увидевший микроорганизмы в 1676 г. через изготовленные им «микроскопии» – голландец Антони ван Левенгук (мануфактурщик) Антонии Ван Левенгук (1632—1723) Микроскоп Левенгука (реконструкция) Открытие микроорганизмов

Микроскоп Левенгука Микроскоп Левенгука – оптический шедевр XVII в. Он состоял из металлической пластины, сферической линзы диаметром до 2–3 мм, закрепленной в центре пластины, и маленькой иглы и позволял получить увеличение до 270 раз Микроскоп Левенгука (а) и способ его использования (б). Изображения бактерий, которые Левенгук увидел под микроскопом (в) Открытие микроорганизмов

Первые исследования сделаны в Средние века алхимиками Термин «брожение» (fermentatio) для обозначения всех процессов, идущих с выделением газа, впервые употребил голландский алхимик Я. Б. ван Гельмонт Для обозначения материальной движущей силы брожения, его активного начала использовали термин «фермент» Ян Баптист ван Гельмонт (1577–1644) Этапы развития учения о брожениях Учение о брожениях

1697 г. – немецкий врач и химик Г. Э. Шталь заявил, что брожение и гниение – это химические превращения, идущие под влиянием молекул «фермента», которые передают присущее им внутреннее активное движение молекулам сбраживаемого субстрата, т. е. выступают в качестве своеобразных катализаторов реакции Георг Эрнест Шталь (1660–1734) Брожение и гниение – химические процессы Учение о брожениях

Французский натуралист Ж. Л. Л. Бюффон высказал идею о связи явлений брожения и гниения с присутствием «глобул» (дрожжей) Французский химик А. Л. Лавуазье изучал количественные химические превращения сахара при спиртовом брожении Жорж Луи Леклерк Бюффон (1707—1788) Антуан Лоран Лавуазье (1743—1794) Изучение природы брожения и гниения Учение о брожениях

С 30-х гг. XIX в. начинается период интенсивных микроскопических наблюдений Ш. Каньяр де Латур, Ф. Кютцинг и Т. Шванн независимо друг от друга и почти одновременно пришли к заключению о связи процессов брожения с жизнедеятельностью микроскопических живых существ Однако идеи о биологической природе «фермента» брожения, высказанные тремя исследователями, не получили признания «Странная» идея о биологической природе брожения Учение о брожениях

Луи Пастер (1822–1895) Научная деятельность Луи Пастера

Родоначальник современной микробиологии – выдающийся французский ученый Луи Пастер Научная деятельность охватывала все основные проблемы микробиологии того времени: Изучение самопроизвольного зарождения Природа брожения Этиология инфекционных заболеваний Проблемы иммунологии и вакцинации Вклад Луи Пастера в развитие микробиологии

Л. Пастер выяснил, что разные виды брожения (молочнокислое, спиртовое, маслянокислое) вызываются определенными видами микроорганизмов и непосредственно связаны с их жизнедеятельностью Л. Пастер впервые показал, что микроорганизмы – это активные формы, энергично воздействующие на окружающую природу Изучение брожения Пастером Вклад Луи Пастера в развитие микробиологии

В 1857 г. Л. Пастер при изучении спиртового брожения обнаружил у микроорганизмов существование нового типа жизни («жизни без кислорода») – анаэробного способа существования, отсутствующего в мире растений и животных Л. Пастер ввел термины «аэробный» и «анаэробный» для обозначения жизни в присутствии или в отсутствие молекулярного кислорода Открытие анаэробиоза Вклад Луи Пастера в развитие микробиологии

Используя простой прибор с колбой, имеющей удлиненное S-образное горло, Пастер опроверг ложное учение о самозарождении жизни, доказав, что без доступа органических веществ запечатанный в колбе раствор остается неизменным. Самопроизвольное зарождение – не более, чем химера Пастеровская колба с S-образным горлом, предохраняющим прокипяченный бульон от попадания микроорганизмов из воздуха Опровержение Л. Пастером теории самопроизвольного зарождения микроорганизмов Вклад Луи Пастера в развитие микробиологии

В 1837 г. итальянец А. Басси обнаружил факт передачи болезни при переносе грибка от одного шелковичного червя другому В 1839 г. немецкий физик и клиницист Д. Шенлейн открыл паразита, вызывающего паршу В 1849 г. немецкий анатом Ф. Поллендер обнаружил в крови павших от язвы лошадей неподвижных бацилл В 1851 г. факт присутствия бацилл в крови больных животных подтвердил П. Гейярд и К. Давен В 1875 г. открытие Кохом бактерий, вызывающих заболевание сибирской язвой Первые свидетельства микробной природы болезней Формирование медицинской микробиологии

Л. Пастер показал, что болезнь шелковичных червей имеет микробный характер. Тщательными микроскопическими наблюдениями выявил возбудителя послеродовой горячки и разработал методы защиты от его попадания в организм Пастер предположил, что инфекционные заболевания могут распространяться через кашель, насморк, поцелуи, испражнения; могут быть заражены вода и пища. В каждом случае микроорганизмы, вызывающие заболевание, переходят от больного организма к здоровому Подтверждение Л. Пастером микробной теории инфекционных заболеваний Формирование медицинской микробиологии

Джозеф Листер (1827—1912) Введение правил антисептики Формирование медицинской микробиологии

Английский хирург Дж. Листер понял причины большого процента смертных случаев после операций: Заражение ран бактериями из-за незнания Несоблюдения элементарных правил антисептики Листер впервые ввел в медицинскую практику методы обработки всех хирургических инструментов карболовой кислотой и разбрызгивания ее в операционной во время операции Введение правил антисептики Формирование медицинской микробиологии

Листер считал, что большинство бактерий патогенно, и вокруг раны необходимо создавать антисептический слой воздуха, например, с помощью специального «спрея» (карболовой кислоты) Листеровский пульверизатор – «спрей» «Ослиная машина» Листеровские пульверизаторы Формирование медицинской микробиологии

Роберт Кох – родоначальник медицинской микробиологии. Кох раскрыл этиологию сибирской язвы, туберкулеза и многих других инфекционных заболеваний Роберт Кох (1843–1910) Морфология колонии Mycobacterium tuberculosis («палочка Коха») Развитие медицинской микробиологии Формирование медицинской микробиологии

Кох вывел ряд правил для выявления микроорганизмов, вызывающих конкретное заболевание (1882): подозреваемый микроорганизм должен регулярно обнаруживаться в случае болезни он должен быть изолирован в чистую культуру эта чистая культура, будучи введена в восприимчивый организм, должна вызывать у него ту же болезнь тот же микроорганизм должен быть вновь изолирован из зараженного животного «Правила Коха» Формирование медицинской микробиологии

Разработка методов бактериологических исследований Разработка новых методов окрашивания микроорганизмов Разработка методов стерилизации и дезинфекции Разработка метода «чистых культур» Обильный рост бактерий на чашке Петри (предложил использовать в бактериологии помощник р. Коха Юлиус Ричард Петри (1852–1921)) Вклад Р. Коха в бактериологию Формирование медицинской микробиологии

Исследования Л. Пастера в области предохранительных прививок против куриной холеры и бешенства заложили основу учения об иммунитете Пастер выявил возбудителя сибирской язвы (смертельной болезни, уносившей ежегодно большое поголовье) и доказал наличие иммунитета на примере вакцинации скота против сибирской язвы Бактерии сибирской язвы Л. Пастер – основоположник учения об иммунитете Изучение механизмов иммунитета

И. И. Мечников – автор теории фагоцитоза, основоположник медицинской микробиологии И. И. Мечников показал, что защита организма от болезнетворных микроорганизмов – сложная биологическая реакция, в основе которой лежит способность белых кровяных телец (фагоцитов) захватывать и разрушать посторонние тела, попавшие в организм Илья Ильич Мечников (1845—1916) Фагоциторная концепция И. И. Мечникова Изучение механизмов иммунитета

Течение инфекционной болезни, ее исход зависят от того, насколько энергично и успешно фагоциты преодолевают деятельность патогенных микробов, проникших в организм Фагоцитоз бактерий Электронная фотография макрофага Роль фагоцитов в процессе воспаления Изучение механизмов иммунитета

Сущность гуморальной теории иммунитета – признание защитного действия бактерицидных веществ плазмы крови и лимфы Разновидности гуморального иммунитета: Бактерицидный Антитоксинный Бактериолитический Развитие гуморальной теории иммунитета Изучение механизмов иммунитета

Защитные свойства крови активно изучали: немецкий микробиолог и гигиенист Г. Бухнер (приверженец бактерицидного свойства крови) А. Френкель, Э. Беринг, П. Эрлих, Ш. Китазато показали, что сыворотка крови иммунизированных животных обладает антитоксическими свойствами Развитие гуморальной теории иммунитета Изучение механизмов иммунитета

Практическое применение иммунизации и химиотерапии До начала XIX в. врачи оставались бессильны перед лицом инфекционных болезней и эпидемий. Одной из опаснейших болезней была оспа Гравюра конца XV века. Врачи оказывают помощь больным оспой Последствия от перенесенной оспы остаются на всю жизнь (если, конечно, вообще удается выжить) Оспа – самое опасное инфекционное заболевание

Эдвард Дженнер – английский врач, разработал первую вакцину (против оспы). Дженнер придумал вводить в организм человека неопасный вирус коровьей оспы Дженнер ввел термин «вакцинация», который происходит от латинского «вакка» – «корова» Эдвард Дженнер (1749–1823) Практическое применение иммунизации и химиотерапии Первая вакцинация

Карикатура, на которой изображены люди с коровьими частями тела. Использование для вакцинации материала животного вызывало негодование Практическое применение иммунизации и химиотерапии Неприятие вакцины Дженнера

Эффективность и безопасность вакцинации Дженнер долго доказывал всему научному медицинскому миру Лондонское королевское общество в 1797 году отказалось публиковать его труд «Исследование причин и действий коровьей оспы», где был обобщен его 25-летний опыт по профилактике духовенство также восстало против Дженнера (идея привнесения человеку чего-то коровьего казалась священникам кощунственной) Практическое применение иммунизации и химиотерапии Неприятие вакцины Дженнера

В 1980 году было объявлено о победе людей над натуральной оспой. Остались лишь коллекционные образцы вируса, они хранятся в Атланте и Новосибирске При работе с ними ученые крайне осторожны, нельзя позволить вирусу вырваться за пределы лабораторий, ведь у большинства людей иммунитета к нему уже нет Практическое применение иммунизации и химиотерапии Победа над оспой

Немецкий бактериолог Пауль Эрлих впервые использовал химиотерапевтические средства для лечения: открыл и использовал для уничтожения трипаносом краситель трипановый красный открыл лекарство против сифилиса – сальварсан Пауль Эрлих (1854–1915) Химическая структура сальварсана (по П. Эрлиху). Сейчас доказано, что сальварсан имеет другую структуру Практическое применение иммунизации и химиотерапии Использование химиотерапии

Александр Флеминг (1881–1955) Практическое применение иммунизации и химиотерапии Начало эры антибиотиков

Александер Флеминг впервые выделил пенициллин из плесневых грибов Penicillium notatum – исторически первый антибиотик Флеминг недооценил свое открытие, считая, что получить лекарство будет очень трудно Говард Флори и Эрнст Борис Чейн разработали методы очистки пенициллина Массовое производство пенициллина было налажено во время Второй мировой войны Практическое применение иммунизации и химиотерапии Начало эры антибиотиков

Американский микробиолог Рене-Жюль Дюбо (1901–1982) выделил первый антибиотик – тиротрицин – из почвенной бактерии В 1943 г. американский бактериолог Зельман Абрахам Ваксман (1888–1973) выделил эффективный антибиотик против бактерий, не повреждаемых пенициллином, стрептомицин (в продаже с 1945 г.) В 1950-х годах были обнаружены антибиотики широкого спектра действия – тетрациклины, выступавшие под торговыми марками «ахромицин» и «ареомицин» Практическое применение иммунизации и химиотерапии Распространение антибиотиков

Первые практические указания о способах культивирования микробов и защиты от внесения посторонней микрофлоры появились в ходе изучения проблемы самозарождения: стерилизация питательных сред путем кипячения применение асбестовых и ватных пробок для закупоривания сосудов способы химической и термической очистки вводимого в сосуды воздуха и т. д. Разработка методов культивирования бактерий Первые практические указания о способах культивирования

Эффект Тиндаля В основе метода – явление, получившее название «эффект Тиндаля» (способность мельчайших частиц и пылинок рассеивать луч света, который благодаря этому становится видимым) Английский физик Д. Тиндаль предложил метод определения степени насыщенности воздуха микроорганизмами Разработка методов культивирования бактерий

Д. Тиндаль предложил метод определения степени насыщенности воздуха микроорганизмами, разработал метод фракционной стерилизации сред С. Н. Виноградский – создание метода элективных культур М. Бейеринк – создание метода обогатительных культур К. Вейгерт – разработал метод окрашивания бактерий анилиновыми красителями Х. Грам – внедрил метод окрашивания «по Граму» Методы микробиологических исследований Разработка методов культивирования бактерий

Основными методами современных микробиологических исследований являются: микроскопия (световая, люминесцентная, электронная, лазерная) выделение чистых культур и контролируемое культивирование аналитические методы (физиолого-биохимические, генетические и т. д.) молекулярно-биологические методы (в том числе обнаружение микроорганизмов без выделения в чистые культуры) Современные методы исследования Разработка методов культивирования бактерий

Возникновение экологической микробиологии Наряду с медицинской микробиологией в конце XIX в. сформировалось новое экологическое направление в микробиологии, связанное с изучением деятельности микробов в природных условиях и выяснением их роли в круговороте веществ в природе. Основой для развития экологического направления послужили идеи Л. Пастера Изучение участия микробов в природных процессах Изучение участия микробов в природных процессах

Возникновение экологической микробиологии Основоположниками экологического направления микробиологии являются С. Н. Виноградский и М. Бейеринк Изучение участия микробов в природных процессах Изучение участия микробов в природных процессах

С. Н. Виноградский открыл хемосинтез – впервые показал возможность получения энергии микроорганизмами за счет окисления сероводорода и использования ее для ассимиляции углекислого газа, а также: изобрел и внедрил метод элективных культур раскрыл особенности физиологии нитрифицирующих бактерий разработал целостную теорию почвенной микробиологии Сергей Николаевич Виноградский (1856–1953) Вклад С. Н. Виноградского в развитие почвенной микробиологии Изучение участия микробов в природных процессах

М. Бейеринк – изучение физиологии клубеньковых бактерий, процесса денитрификации и сульфатредукции, создание метода обогатительных культур В. Л. Омелянский – вопросы разложения клетчатки в почве, изучение физиологии нитрификаторов и азотфиксаторов Н. Г. Холодный – изучение физиологии железобактерий Мартинус Виллем Бейеринк (1851–1931) Развитие общей и почвенной микробиологии Изучение участия микробов в природных процессах

Важнейшие достижения микробиологии в XIX в., позволившие ей выделиться в самостоятельную дисциплину: создание экспериментального метода изучения жизнедеятельности микроорганизмов (Пастер) развитие физиологического и экологического направлений в микробиологии (Пастер, Виноградский) раскрытие этиологии важнейших инфекционных заболеваний (Пастер, Кох) Достижения микробиологии в XIX – начале XX в.

Важнейшие достижения микробиологии в XIX в., позволившие ей выделиться в самостоятельную дисциплину: создание важнейших методов микробиологических исследований (Пастер, Кох, Виноградский и др.) раскрытие микробиологической сущности многих природных процессов (Виноградский, Бейеринк) открытие мира вирусов (Ивановский, Бейеринк) Достижения микробиологии в XIX – начале XX в.

Альберт Ян Клюйвер (1888–1956) Корнелис ван Ниль (1897–1985) Теория биохимического единства жизни Физиология и биохимия микроорганизмов

А. Клюйвер и его ученики (в том числе К. ван Ниль) провели сравнительные биохимические исследования в относительно далеко отстоящих друг от друга физиологических группах микроорганизмов и сформулировали теорию биохимического единства жизни Все живые организмы построены из однотипных химических макромолекул Универсальной единицей биологической энергии служит АТФ В основе физиологического разнообразия живых существ лежит несколько основных метаболических путей Теория биохимического единства жизни Физиология и биохимия микроорганизмов

Систематика и классификация микроорганизмов Эрнст Генрих Геккель (1834–1919) Классификация микроорганизмов

Систематика и классификация микроорганизмов Во второй половине XIX в. немецкий биолог Эрнст Геккель предложил выделить все микроорганизмы, у которых отсутствует дифференцировка на органы и ткани (простейшие, водоросли, грибы, бактерии), в отдельное царство Protista С конца XIX в. царство Protista делят на высшие (эукариотное строение) и низшие (прокариотное строение) протисты В 1968 году Р. Меррей предложил все клеточные организмы разделить на две группы по типу их клеточной организации: царства Prokaryotae и Eukaryotae Классификация микроорганизмов

Схема филогенетических взаимоотношений между основными группами живых организмов (по Whittaker, 1969) Систематика и классификация микроорганизмов Схема пяти царств живого мира

Р. Виттэкер предложил схему разделения живых организмов на пять царств, отражая три основных уровня их клеточной организации: прокариоты (царство Monera) одноклеточные эукариоты (царство Protista) многоклеточные эукариоты (царства Plantae, Fungi, Animalia) Систематика и классификация микроорганизмов Схема пяти царств живого мира

В 1977 г. американский исследователь Карл Везё открыл археи (Archaea) и на основании анализа 16S рРНК построил новое филогенетическое дерево, показывающее разделение эубактерий, архей и эукариот Систематика и классификация микроорганизмов Филогенетическое древо жизни

Трудность состоит в интерпретации полученных результатов – отсутствие надежных критериев, на основании которых можно было бы делать выводы о происхождении обнаруженных органических остатков: биогенном или абиогенном По-видимому, впервые земная жизнь возникла в промежутке между 3,5 и 4,6 млрд лет Молекулярная палеонтология Этапы биологической эволюции

фармакология химическая промышленность биотехнология пищевая промышленность сельское хозяйство материаловедение Практическое использование микроорганизмов Области использования микроорганизмов

Электронная микрофотография среза клеток P. stutzeri AG259 с кристаллами Ag и Ag2S Процесс производства биомассы бифидобактерий на ЗАО «Био-Веста» (г. Новосибирск) Практическое использование микроорганизмов Области использования микроорганизмов

Синтезировано семейство разрушаемых полимеров (полиоксиалканоатов) Разработаны технологии переработки ПОА в пористые матриксы, таблетки, микрочастицы. Возможно их использование в медицине (например, в качестве шовного материала) В Институте биофизики СО РАН создано опытное производство Практическое использование микроорганизмов Получение полимеров из водородных бактерий

манипуляции с отдельными генами Escherichia coli промышленный синтез инсулина и других гормонов, интерферона, антибиотиков, ферментов и т. д. Практическое использование микроорганизмов Генетическая инженерия

Жак Люсьен Моно (1910–1976) Проблема управляемого культивирования Этапы разработки метода управляемого культивирования

В 1905 г. Г. Клебс впервые указал на принципиальную возможность управлять развитием культуры с помощью условий среды В 50-е годы XX в. разработаны: Теория роста и развития микробов (М. Стефенсон, И. Гунсалус, Н. Д. Иерусалимский, Ж. Моно, В. Шеффер, Р. Финн и др.) Теоретические основы управления ростом микробов, опирающиеся на принцип «узкого места», т. е. использование функции лимитирующего вещества (Ж. Моно, А. Новик, Л. Снилард и др.) В 1950 г. Ж. Моно дал теоретическое обоснование метода непрерывного, или проточного, культивирования Проблема управляемого культивирования Этапы разработки метода управляемого культивирования

Турбидостат Моно (Б) и схема проточной установки (А) по Моно (1950) Проблема управляемого культивирования Метод проточного культивирования

Метод проточного культивирования состоит в подаче в культиватор с постоянной скоростью питательной среды и непрерывном выводе с такой же скоростью культуральной среды с бактериями Точный контроль за непрерывным культивированием микробов осуществляется в аппаратах типа турбидостата либо типа хемостата Проблема управляемого культивирования Метод проточного культивирования

Раздел «Генетика микроорганизмов» выделился как самостоятельное направление в 40–50-е годы XX в.: доказательства мутационной природы изменчивости микроорганизмов обнаружение у микроорганизмов различных форм генетической рекомбинации открытие роли ДНК в наследственных свойствах микроорганизмов достоинства микроорганизмов как объектов генетических исследований Развитие генетики бактерий Выделение раздела «Генетика микроорганизмов»

Главный механизм изменения наследственной информации микроорганизмов – мутагенез Механизмы передачи наследственной информации у бактерий: Трансформация Трансдукция Конъюгация Лизогения Развитие генетики бактерий Генетика бактерий

История биологии: в 2 т. Т. 1 – М. : Наука, 1972. История биологии: в 2 т. Т. 2 – М. : Наука, 1975. Азимов, А. Краткая история биологии. От алхимии до генетики. / А. Азимов. – М. : ЗАО Центрполиграф, 2004. – 223 с. Гусев, М. В. Микробиология / М. В. Гусев, Л. А. Минеева. – М. : Академия, 2007. – 464 с. Скороходов, Л. Я. Столетие антисептики / Л. Я. Скороходов, Д. Листер. – Л. : Наука, 1971. Ленинджер, А. Основы биохимии: в 3 т. – М. : Мир, 1985. Все для учителя биологии / Изд. дом «Первое сентября». – Режим доступа: http://bio.1september.ru/. Кафедра физической и коллоидной химии / Южный федеральный университет. – Режим доступа: http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/. Библиографический список

Энциклопедия «Кругосвет». – Режим доступа: http://www.krugosvet.ru/. Кафедра биохимии / Пензенский государственный педагогический университет им. В. Г. Белинского. – 2006. – Режим доступа: http://www.cbic.narod.ru/. Алхимик. – Режим доступа: http://www.alhimik.ru/. Государственное учреждение «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени почетного академика Н. Ф. Гамалеи» / Рос. акад. мед. наук. – Режим доступа: http://www.gamaleya.ru/. Открытый колледж / Физикон. – М, 2008. – Режим доступа: http://www.college.ru/. Википедия. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/. Русский медицинский сервер. – Режим доступа: http://www.rusmedserv.com/. Библиографический список

Разные фотографии. – Режим доступа: http://all-photo.ru/. School of Physics. / Georgia institute of technology. –Atlanta, USA, 2007 – Режим доступа: http://www.physics.gatech.edu/ Фармацевтический вестник. – Режим доступа: http://www.pharmvestnik.ru/ Основы учения об антибиотиках. – Режим доступа: http://ankas.ru/ Discover. – Режим доступа: http://discovermagazine.com/ Diggreader. – Режим доступа: http://www.diggreader.ru. 374.ru. От простого к сложному. – Режим доступа: http://374.ru/ Государственный Дарвиновский музей. – Режим доступа: http://http://www.darwin.museum.ru/ Библиографический список

Культура в Вологодской области. – Режим доступа: http://www.cultinfo.ru/. Уралучприбор. / Федеральное агентство образования. – Режим доступа: http://labstend.ru/site/index/folies/univ/chem/. Факультет почвоведения / Моск. гос. ун-т, 2005. – Режим доступа: http://soil.ss.msu.ru/. Genomics. – Режим доступа: http://www.watisgenomics.nl/. Библиографический список

4.3. Возникновение и развитие вирусологии

1892 г. – открытие фильтрующихся вирусов в экстракте из растений табака с мозаичной болезнью Дмитрий Иосифович Ивановский (1864–1920) Растение, пораженное вирусом табачной мозаики Открытие вирусов Открытие Д. И. Ивановского

Термин «вирус» (от лат. virus – яд) предложил голландец М. Бейеринк для обозначения инфекционной природы отфильтрованных растительных жидкостей Название «фильтрующиеся вирусы» употребляли до конца 30-х – начала 40-х гг. ХХ столетия, затем было доказано, что фильтруемость является свойством не только вирусов Мартинус Виллем Бейеринк (1851–1931) Открытие вирусов Введение термина «вирус»

В 1935 г. У. Стэнли подтвердил способность вирусов образовывать кристаллы и доказал возможность существования в кристаллическом виде не только ВТМ, но и ряда других вирусов Рисунок Ивановского, изображающий вирусные кристаллы и аморфные вирусные включения в клетках мозаичного табака Открытие вирусов «Кристаллы Ивановского»

Схематическое изображение некоторых вирусов растений (a), животных (б) и бактериофагов (в) Биоразнообразие вирусов Распространение вирусов

Вирусы характеризуются повсеместностью распространения, поражают представителей всех царств живого: человека животных растения грибы бактерии Биоразнообразие вирусов Распространение вирусов

Вирусов известно множество Вирусы имеют малые размеры – 20–300 нм (по словам академика В. М. Жданова, коллекция, собранная из всех известных вирусов, «поместилась бы в коробочке размером с маковое зернышко») Микрофотографии разных вирусов Биоразнообразие вирусов Свойства вирусов

В 1896 г. Ханкин связал бактерицидное действие воды рек Индии с вирусами бактерий В 1915 г. Туорт описал причины лизиса бактериальных колоний и принцип передачи «лизиса» новым культурам в ряду поколений В 1917 г. Д’Эрелль повторно обнаружил явление лизиса бактерий, связанного с фильтрующимся агентом – бактериофагом Феликс Губерт Д’Эрелль (1873–1949) Биоразнообразие вирусов Открытие бактериофагов

Первый вирус насекомых, который был идентифицирован – вирус желтухи шелковичного червя Основные принципы эпидемиологии арбовирусных инфекций (вирусных инфекций, передаваемых кровососущими членистоногими) установлены Вальтером Ридом Вальтер Рид (1851–1902) Биоразнообразие вирусов Вирусы насекомых

История достижений вирусологии напрямую связана с успехами развития методической базы исследований Первым методом идентификации вирусов в этот период был метод фильтрации через бактериологические фильтры (свечи Шамберлана), которые использовались как средство разделения возбудителей на бактерии и небактерии Этапы развития вирусологии Конец XIX – начало XX в.

Основным вирусологическим методом, используемым для выделения вирусов и их дальнейшей идентификации, являются лабораторные животные: 1931 г. – в качестве экспериментальной модели для выделения вирусов используются куриные эмбрионы 1932 г. – английский химик Элфорд создает искусственные мелкопористые коллоидные мембраны для метода ультрафильтрации 1935 г. – применение метода центрифугирования 1939 г. – впервые применен электронный микроскоп Этапы развития вирусологии 30-е годы ХХ века

1940 г. – обнаружено, что вирусы содержат только один вид нуклеиновой кислоты – ДНК или РНК 1941 г. – Херст на модели вируса гриппа открыл феномен гемагглютинации – основы методов реакции гемагглютинации и реакции торможения гемагглютинации 1942 г. – Херст устанавливает наличие у вируса гриппа фермента нейраминидазы 1949 г. – открытие возможности культивирования клеток животных тканей в искусственных условиях Этапы развития вирусологии 40-е годы ХХ века

1952 г. – Дульбекко разрабатывает метод титрования бляшек в монослое клеток эмбриона цыпленка, что позволило ввести в вирусологию количественный аспект 1956–1962 гг. – Уотсон, Каспар (США) и Клуг (Великобритания) разрабатывают общую теорию симметрии вирусных частиц. Структура вирусной частицы стала одним из критериев в системе классификации вирусов значительные достижения в области бактериофагов Этапы развития вирусологии 50-е годы ХХ века

Этот период характеризуется расцветом молекулярно-биологических методов исследования: 1967 г. – открытие ДНК-зависимой РНК-полимеразы 1968 г. – открытие РНК-зависимой РНК-полимеразы 70-е годы – открытие обратной транскриптазы (ревертазы) 1972 г. – создание рекомбинантной ДНК, возникновение генной инженерии 1975 г. – получение первых линий гибридов, продуцирующих моноклональные антитела Этапы развития вирусологии 60-е и 70-е годы ХХ века

Использование вирусных онкогенов в качестве модельных систем при изучении механизмов онкогенетической трансформации клеток млекопитающих 1985 г. – открытие Мюллисом полимеразной цепной реакции Этапы развития вирусологии 80-е годы ХХ века

20–30 гг. XX в. – считается, что вирусы являются живой материей 30–40 гг. XX в. – вирусы – это микроорганизмы, так как способны размножаться, обладают наследственностью, изменчивостью, приспособляемостью к меняющимся условиям среды обитания и подвержены биологической эволюции Развитие концепции о природе вирусов А является ли вирус живым?

60-е годы – закат концепции о вирусах как организмах: В онтогенетическом цикле вируса выделены две формы – внеклеточная и внутриклеточная Для обозначения внеклеточной формы вируса введен термин «вирион» Тип размножения вирусов определен как дисъюнктивная репродукция Развитие концепции о природе вирусов А является ли вирус живым?

Вирусы являются автономными генетическими структурами, способными функционировать только в клетках с разной степенью зависимости от клеточных систем синтеза нуклеиновых кислот и полной зависимостью от клеточных белоксинтезирующих и энергетических систем и подвергающимися самостоятельной эволюции (по определению академика В. М. Жданова) Основным и абсолютным критерием отличия вирусов от всех других форм жизни является отсутствие у них собственных белоксинтезирующих систем Развитие концепции о природе вирусов Вирус  живой организм

Вирусы – облигатные внутриклеточные паразиты Вирусы – это генетические паразиты. Крайним проявлением генетического паразитизма является способность ряда вирусов интегрировать в геном клетки хозяина Вирусы – особая неклеточная форма жизни, которой присущ строгий внутриклеточный паразитизм на молекулярном и молекулярно-генетическом уровнях Развитие концепции о природе вирусов Вирусы с точки зрения паразитологии

В онтогенетическом цикле вируса выделены две стадии – внеклеточная и внутриклеточная и, соответственно, две формы его существования – вирион и вегетативная форма: вирион – это целая вирусная частица, в основном состоящая из белка и нуклеиновой кислоты, часто устойчивая к воздействию факторов внешней среды и приспособленная для переноса генетической информации из клетки в клетку вегетативная форма вируса существует в едином комплексе вирус–клетка и только в их тесном взаимодействии Принципы организации вирусов Строение вируса

Под архитектурой вирионов понимают ультратонкую структурную организацию этих надмолекулярных образований, различающихся размерами, формой и сложностью строения Вирионы – обычно симметричные тела, состоящие из повторяющихся элементов – капсомеров Строение гипотетического вириона Принципы организации вирусов Архитектура вирионов

Вирионы построены «с величайшей экономией» и обладают одним из двух типов симметрии: кубической или спиральной: по спиральному типу симметрии построено большинство вирусов, поражающих растения, человека по кубическому типу симметрии – многие вирусы человека и животных Полиэдрическая симметрия вирусов (икосаэдр: 20 треугольных граней, 12 вершин, 30 ребер) Вирус табачной мозаики – пример вируса со спиральной симметрией Принципы организации вирусов Симметричное строение

Бактериофаги (фаги) – вирусы, размножающиеся в бактериальных клетках Электронная микрофотография бактериофагов, инфицирующих клетку E. coli Схема строения частицы бактериофага Т2 кишечной палочки Вирусы бактерий Строение бактериофага

Вирулентные бактериофаги – фаги, жизненный цикл которых завершается лизисом клетки хозяина и выходом зрелых фаговых частиц Умеренные или лизогенизирующие бактериофаги – фаги, способные после проникновения в бактериальную клетку переходить в состояние профага и длительное время реплицироваться совместно с бактериальным геномом, передаваясь очередному поколению бактерий Вирусы бактерий Классификация бактериофагов

Литический цикл развития – это развитие без перерывов, бактериофаг вызывает быструю гибель клетки Вирусы бактерий Литический цикл развития фага

При каждом делении клетки фаговая ДНК копируется вместе с клеточной Профаг активируется, высвобождается из клеточной ДНК и завершает свой жизненный цикл, вызывая гибель клетки-хозяина обычным путем Вирусы бактерий Лизогенный цикл развития фага

Бактериофаги – большая группа лекарственных препаратов, используемых для профилактики и лечения острых кишечных инфекций, гнойно-воспалительных заболеваний, дисбактериозов и т. д. Вирусы бактерий Применение бактериофагов

Используются в клинической практике как альтернатива антибиотикам и другим химиотерапевтическим препаратам: Не уступают антибиотикам по эффективности Не вызывают побочных токсических и аллергических реакций Вирусы бактерий Применение бактериофагов

грипп простуда вирусный гепатит ветряная оспа свинка корь краснуха бешенство полиомиелит желтая лихорадка и многие другие Вирусы как возбудители заболеваний человека Вирусы – «империя зла»

Простую систему классификации патогенных вирусов построить не удается: нет такого клинического синдрома, который мог бы быть вызван вирусом только одного типа нет такой группы вирусов, которая поражала бы только одну определенную ткань Вирусы как возбудители заболеваний человека Разнообразие вирусов человека

Легко протекающие заболевания верхних дыхательных путей могут быть вызваны: Риновирусами, вызывающими простудные заболевания Аденовирусами Миксовирусами (вирусом гриппа) Парамиксовирусами и другими Печень могут поражать: Тогавирусы (например, вирус желтой лихорадки) Вирусы гепатита А, В, С и т. д. Вирусы как возбудители заболеваний человека Разнообразие возбудителей

Заболевания нервной системы, приводящие к параличам и смерти, могут вызвать: Тогавирусы (десятки возбудителей энцефалита) Рабдовирусы (например, вирус бешенства) Икорнавирусы (вирус полиомиелита) и ряда других Вирусы как возбудители заболеваний человека Разнообразие заболеваний

К системным вирусным болезням, сопровождающимся обильными кожными высыпаниями, относятся: Оспа (самая грозная из вирусных инфекций поксвирусов) Распространенные и легкие болезни Корь (парамиксовирус) Ветряная оспа (герпесвирус) Краснуха (тогавирус) Вирусы как возбудители заболеваний человека Разнообразие заболеваний

Гибель клетки-хозяина вызывает непосредственно вирус – это необходимость для производства вирусного потомства Клетка сама вызывает собственную смерть, включая генетическую программу собственной гибели (апоптоз) Иммунная система уничтожает клетки, несущие на своей поверхности чужеродные антигены Вирусы как возбудители заболеваний человека Причины гибели зараженных клеток

1796 г. – начало оспопрививания Эдвардом Дженнером 1886 г. – Бьюст обнаружил возбудителя оспы 1906 г. – Пашен предложил окрашивать вирионы специальной краской, позволяющей наблюдать их в световом микроскопе 1979 г. – Всемирная организация здравоохранения констатировала полное исчезновение вируса натуральной оспы в природе Вирионы натуральной оспы (увеличено в 370000 раз) Вирусы как возбудители заболеваний человека Вирус натуральной оспы

1903 г. – Рамленже доказал вирусную природу бешенства Вирус бешенства относится к семейству рабдовирусов Без лечения бешенство практически всегда приводит к смерти больного Жизненный цикл вируса бешенства Вирусы как возбудители заболеваний человека Вирус бешенства

6 июля 1885 г. – начало пастеровских прививок против бешенства Пастер положил начало учению об аттенуации, т. е. ослаблении возбудителя для создания из него живой вакцины 1886 г. – создание первой пастеровской станции в России (И. И. Мечников и Н. Ф. Гамалея) Смоленские крестьяне, спасенные Пастером от заболевания бешенством Вирусы как возбудители заболеваний человека Профилактика заболевания

Впервые грипп упоминается в документах ХII в. 1610 г. – первое достоверное описание пандемии гриппа Всего описана по крайней мере 31 пандемия гриппа 1886–1887 гг. – грипп впервые зарегистрирован в России 1918–1920 гг – пандемия гриппа («испанки») унесла более 20 млн. жизней Меры защиты от гриппа-«испанки»: запрет проезда в городском транспорте людям без маски Вирусы как возбудители заболеваний человека Появление гриппа

Термины ОРЗ и ОРВИ – большое количество похожих друг на друга заболеваний: Вызываются вирусами, проникающими в организм вместе с вдыхаемым воздухом через рот и носоглотку Характеризуются одним и тем же набором симптомов (повышенная температура тела, воспаленное горло, кашель и головная боль) Вирусы как возбудители заболеваний человека ОРЗ, ОРВИ, грипп

Самое распространенное ОРЗ – острый ринит (насморк), вызывается рядом родственных вирусов (риновирусы) Однако не все ОРЗ и ОРВИ – это грипп. Грипп вызывается непосредственно вирусом гриппа (Myxovirus influenzae) Вирусы как возбудители заболеваний человека ОРЗ, ОРВИ, грипп

Вирусы гриппа первоначально были открыты у животных. 1902 г. – у кур выделен вирус, названный «куриной чумой» 1933 г. – открытие вируса гриппа типа А 1940 г. – открытие вируса гриппа типа В 1950 г. – выделение вируса гриппа типа С 1941 г. – показано, что заболевание гриппом можно предотвратить с помощью вакцинации. Ученые разработали технологию получения больших количеств вируса гриппа, научились вызывать ослабление вирусов, создали первые противогриппозные вакцины Вирусы как возбудители заболеваний человека Этапы открытия вирусов гриппа

Вирус гриппа содержит одноцепочечную РНК, кодирующую 10 вирусных белков. На поверхности вируса находятся гликопротеины – гемагглютинин и нейраминидаза Нуклеопротеид (S-антиген) постоянен по своей структуре и определяет тип вируса (А, В или С). Поверхностные антигены (гемагглютинин и нейраминидаза – V-антигены) изменчивы и определяют разные штаммы одного типа вируса Строение вируса гриппа Вирусы как возбудители заболеваний человека Структура вируса гриппа

Изменения происходят в поверхностных антигенах вирусов типа А и В – гемагглютинине и нейраминидазе Это эволюционный механизм приспособляемости вируса для обеспечения выживаемости – новые штаммы вирусов не связываются специфическими антителами, которые накапливаются в популяции Вирусы как возбудители заболеваний человека Антигенная изменчивость вирусов

Существует два механизма антигенной изменчивости: Антигенный дрейф (относительно небольшие изменения) происходит в период между пандемиями у всех типов вирусов (А, В и С) Антигенный шифт (сильные изменения в структуре гемагглютинина) Вирусы как возбудители заболеваний человека Антигенная изменчивость вирусов

Вакцины первого поколения – цельно-вирионные (обеспечивают достаточный иммунный ответ, но существует риск побочных эффектов) Вакцины второго поколения – из расщеп-ленных вирусов (содержат фрагментированные и очищенные частицы, включая поверхностные белки и другие компоненты вируса) Вакцины третьего поколения – субъединичные (содержат только поверхност-ные антигены гемагглютинин и нейраминидазу, других компонентов вируса нет) Вирусы как возбудители заболеваний человека Противогриппозные вакцины

Вирус после первоначальной инфекции попадает в нервные клетки (например, тройничного нерва) и там переходит в латентное состояние (большинство генов вируса не работают) Под действием внешнего раздражителя вирус «просыпается», размножается и губит клетку-хозяина. По нервному отростку пробирается в клетки слизистой губ и носа и размножается там Вирусы как возбудители заболеваний человека Вирус герпеса

5 июня 1981 года американские медики зафиксировали Синдром приобретенного иммуно-дефицита человека 2000 год – от СПИДа умерло 22 млн человек Больные СПИДом или носители– почти 36 млн человек Вирус ВИЧ – пример ретровируса Жизненный цикл ВИЧ Вирусы как возбудители заболеваний человека Вирус иммунодефицита человека

Вирусные гепатиты – инфекционные болезни, характеризующиеся преимущественным поражением печени, протекающие с интоксикацией и в ряде случаев с желтухой Выявлено 7 различных вирусов-возбудителей, в том числе: Гепатит А (инфекционный гепатит, болезнь Боткина) Вирусный гепатит В (сывороточный гепатит) Вирусные гепатиты "ни А, ни В" Вирусы как возбудители заболеваний человека Вирусные гепатиты

Филовирусы (от «filamentous» – длинный, протяженный) – самые патогенные и смертоносные для человека вирусы. Существуют два вида: эбола-вирусы (80–90 % смертности) марбург-вирусы (25–30 % смертности) Изображение вируса Эбола, полученное с помощью электронной микроскопии Вирус Марбург, ~100,000 увеличение Вирусы как возбудители заболеваний человека Филовирусы – загадка XX века

Впервые обнаружен в 1967 г. в Марбурге и Франкфурте (Германия), а также в Югославии. Заболели работники фармацевтических заводов, занятые в процедуре забора почек от экспортированных из Африки обезьян вида Cercopithecus aethiops Болезнь проходила в виде геморрагической лихорадки, причем заболела и часть медицинского персонала, участвовавшего в лечении заболевших. Всего заболел 31 человек, из них семеро умерли Был выделен возбудитель вирусной природы (вирус Марбург) Вирусы как возбудители заболеваний человека Филовирусы: вирус Марбург

Впервые обнаружен в 1976 г. в Судане, чуть позже в Заире. Очень заразен. Президент Заира направил войска для установления карантина в столице и в районе эпидемии Вакцинных препаратов против этих вирусов не разработано Карта Центральной Африки с обозначением мест основных вспышек заболеваний филовирусами Вирусы как возбудители заболеваний человека Филовирусы: вирус Эбола

Единственным способом профилактики инфекции для медперсонала является защита кожных покровов (перчатки) и органов дыхания (маски или защитные костюмы) Все исследования проводят в специально оборудованных помещениях и зданиях с высшим уровнем физической и биологической защиты Работа с филовирусами осуществляется только в специально оборудованных лабораториях Вирусы как возбудители заболеваний человека Профилактика и исследования

1908 г. – Эллерман и Банг показали, что вирусы вызывают лейкоз у кур 1911 г. – американский ученый Пейтон Раус обнаружил, что вирусы могут вызывать саркому у кур (саркома Рауса) 1933 г. – Шоуп открыл вирус папилломы, поражающий кроликов и перерождающийся в опухоль 1936 г. – Биттнер доказал вирусное происхождение рака молочной железы у мышей 80-е гг. ХХ в. – усиленное изучение проблемы связи между вирусами и раком у человека Вирусы и рак Вирусная природа рака

1946 г. – Л. А. Зильбер предложил вирусогенетическую теорию рака. Согласно этой теории, вирусы вызывают рак, но в отличие от других заболеваний вирусного происхождения рак – патологический процесс, а не инфекционный Лев Александрович Зильбер (1894–1966) Вирусы и рак Вирусогенетическая теория рака

1970 г. – американские ученые Г. Темин и Мицутани и независимо от них Д. Балтимор доказали возможность передачи генетической информации от РНК к ДНК 1975 г. – Г. Темин обнаружил фермент, осуществляющий перенос информации от РНК к ДНК, – РНК-зависимой ДНК-полимеразы, названный обратной транскриптазой открытие ретровирусов (Retroviridae – от REversed TRanscription) Вирусы и рак Открытие ретровирусов

Ретровирусы – группа РНК-содержащих вирусов, в цикле развития которых по геномной РНК с помощью обратной транскриптазы осуществляется синтез ДНК, встраивающейся затем в геном клетки хозяина В семейство ретровирусов входят вирусы саркомы Рауса, саркомы мышей Харви и Молони, лейкоза птиц и лейкоза мышей, Т-клеточного лейкоза человека, ВИЧ Вирусы и рак Ретровирусы

Использование бактериофагов для предупреждения и лечения инфекционных болезней, диагностики заболеваний Использование вирусов в генной инженерии, в том числе генной терапии Биологические методы борьбы с насекомыми и животными-вредителями в сельском хозяйстве для снижения их численности Применение вирусов Области использования вирусов

1957 г. – английские ученые А. Айзекс и Ж. Линденман открыли образование в клетках при вирусных инфекциях особого вещества, защищающего клетки от вирусов интерферон – белок, синтезируемый клеткой в ответ на вирусную инфекцию и придающий устойчивость к инфекции другим клеткам Интерферон Открытие интерферона

В середине 1960-х гг. ученые установили, что многие клетки позвоночных, включая человека, могут производить интерферон сами по себе, но обычно синтез интерферона включается в ответ на вирусную инфекцию, химические воздействия, а также при иммунных реакциях Обычно интерферон видоспецифичен, т. е. активен только в тех организмах, из которых получен Интерферон Открытие интерферона

Разные клетки организма синтезируют разные виды интерферона: , , . Все виды интерферона – белки с молекулярной массой 25–100 кДа Интерферон Разнообразие интерферонов

В медицине для лечения различных заболеваний используют: интерфероны индукторы синтеза интерферонов – вещества, вызывающие усиленный синтез интерферона клетками Препарат интерферона, получаемый в промышленных масштабах Интерферон Применение интерферонов

Агол, В. И. Разнообразие вирусов / В. И. Агол. // Соросовский образовательный журнал. – 1997. – № 4. – С. 11–16. Биология: Энциклопедия / под ред. М. С. Гилярова. – М. : Большая российская энциклопедия, 2003. – 864 с. Домшлак, М. Г. Путешествие в невидимый мир / М. Г. Домшлак. – Режим доступа: http://bio.1september.ru/. Казанцев, А. П. Справочник по инфекционным болезням / А. П. Казанцев, В. С. Матковский. – М. : Медицина, 1985. Фаворова, О. О. Лечение генами – фантастика или реальность / О. О. Фаворова. // Соровский образовательный журнал. – 1996. – № 2. – С. 21–27. Файбусович, Г. Мемуар о Пастере / Г. Файбусович. // Химия и жизнь. – 1972. – № 11. Библиографический список

Molbiol.ru: классическая и молекулярная биология. – Режим доступа: http://www.molbiol.ru/. Vira. – Режим доступа: http://www.vira-ss.narod.ru/. Абелев, Г. И. Очерки научной жизни. – Режим доступа: http://garriabelev.narod.ru/. Журнал «В мире науки». – Режим доступа: http://www.sciam.ru/. Журнал «Вокруг света. – http://www.vokrugsveta.ru/. Журнал «Наука и жизнь». – Режим доступа: http://nauka.relis.ru/. Институт полиомиелита и вирусных энцефалитов им. М. П. Чумакова / Российская академия медицинских наук. – Режим доступа: http://www.poliomielit.ru/. Популярная механика. – Режим доступа: http://www.popmech.ru/. Рекомендуемая литература

Brown University. – Режим доступа: http://www.brown.edu/. Der Nobelpreis. – Режим доступа: http://www.nobelpreis.org/. Microbiology bytes. – Режим доступа: http://www.microbiologybytes.com/ Wikimedia. – Режим доступа: http://www.wikimedia.org/. Рекомендуемая литература

Глава 5 Создание Российской академии наук

5.1. Исторические условия создания РАН

Конец XVI – начало XVII вв. – Флорентийская академия дель Чименто (Италия) 1660–1662 гг. Королевское общество (Лондон) – Английская академия наук 1666 г. – Парижская 1700 г. – Берлинская 1724 г. – Петербургская 1739 г. – Стокгольмская 1739 г. – Мюнхенская академия наук и т. д. Образование европейских академий

22 января 1724 года на заседании Сената был утвержден проект положения об учреждении Академии наук 28 января 1724 года опубликован Указ Сената об учреждении Академии наук: «Указал учинить академию, в которой бы учились языкам, также прочим наукам и знатным художествам и переводили бы книги»

28 января 1724 года опубликован Указ Сената об учреждении Академии наук Поэтому 8 февраля (по новому стилю) – День российской науки

переводческая работа академия есть научно-исследовательское и учебное учреждение: при ней университет и гимназия «…Невозможно, чтоб здесь следовать в прочих государствах принятому образу, но надлежит смотреть на состояние здешнего государства» Петр I Задачи Академии наук

Академия – «собрание ученых и искусных людей, которые не токмо сии науки в своем роде, в том градусе, в котором оные ныне обретаются, знают, но и через новые инвенты (изобретения) оные совершать и умножить тщатся». Университет – «собрание ученых людей, которые наукам высоким… до какого состояния оные ныне дошли, младых людей обучают» Задачи Академии Наук

Структура Академии наук и художеств

Император – верховный руководитель академии Президент – выборный (?!) Избрание членов академии  чтобы тем, которые «в науках произошли, градусы академиков давать могли» Секретарь академии  ведение ученой корреспонденции Для управления материальной частью устанавливались должности директора, двух его заместителей и одного чиновника, ведавшего деньгами Управление академией

На содержание опускались денежные средства в размере 24 912 рублей в год Академикам – «довольное жалование» Особенность Петербургской академии – создана государством и находится на его содержании (академии Западной Европы сами изыскивали для себя средства с издательской деятельности) Содержание Российской академии

Первым президентом Академии наук был назначен лейб-медик Лаврентий Лаврентиевич Блюментрост – составитель проекта положения об учреждении Академии наук Первый президент Академии

Официальное открытие академии В течение 1724 года – переговоры с иностранными учеными о приглашении их на службу в Петербург Фактическое открытие Петербургской академии – в сентябре 1725 года, когда состоялась первая конференция академиков Официальное открытие – в декабре 1725 года (большое публичное собрание) Екатерина I

Якоб Герман (Шв.) Жозеф Делиль (Фр.) Георг Бюльфингер (Гер.) Христиан Мартини (Гер.) Даниил Бернулли (Шв.) Николай Бернулли (Шв.) Фридрих Майер (Гер.) Иоган Дювернуа (Гер.) Иоган Коль (Гер.) Мишель Бюргер (Гер.) Готлиб Байер (Гер.) Иоганн Бекенштейн (Гер.) Христофор Гросс (Гер.) Средний возраст академиков – 24 года Первые (приглашенные) академики

5.2. Первые учреждения РАН

Кунсткамера – кабинет редкостей (организована в 1714 г.). Первый в России музей Музей

диковинки природы – naturalia искусные произведения человеческих рук – artificialia разделение экспонатов по полезности Коллекция Альберта Себы Источники: купленные в поездках коллекции Кунсткамера

Коллекция Рюйша «Смерть – это милость, дарованная всемогущим творцом» Кунсткамера

Монстр Фома был коротышкой (126 см). На руках и на ногах росло по два пальца, похожих на клешни рака Живые экспонаты – люди-уроды (монстры) Кунсткамера

Источники: купленные в поездках коллекции Готторпский глобус Кунсткамера

Указ 1718 г. : «Ежели кто найдет в земле или в воде какие старые вещи, а именно: каменья необыкновенные, кости человеческие или скотские, рыбьи или птичьи, не такие, как у нас ныне есть, или и такие, да зело велики и малы перед обыкновенными, также какие старые надписи на каменьях, железе или меди…», посуду, оружие, – словом, все, что «зело старо и необыкновенно» велено было приносить Источники: находки населения Кунсткамера

1713 г. – Ботанический сад в Петербурге 1824 г. – Ботанический музей Академии наук Ботанический сад

основана в 1714 г. по указу Петра I в 1725 г. передана в ведение Академии наук Источники: библиотека Аптекарского приказа + библиотека герцога Курляндского + Готторпская библиотека (книги, полученные Петром I в дар от герцога Голштинского) Библиотека

В настоящее время – Библиотека Российской академии наук Одна из крупнейших библиотек мира, главная библиотека Российской академии наук (РАН) со статусом научно-исследовательского института в области библиотековедения, библиографоведения, информатики, книговедения, научного описания рукописей, консервации и реставрации документов, безопасности библиотек и архивов Библиотека

С 1728 г. – «Комментарии Петербургской академии наук» (лат.) – одно из ведущих научных изданий Европы В 1725–1726 гг. были созданы: физический кабинет с первоклассными по тому времени приборами минералогический кабинет Как писал в 1736 г. известный французский физик Ж. Ж. Дорту де Меран: «Петербургская академия со времени своего рождения поднялась на выдающуюся высоту науки, до которой академии Парижская и Лондонская добрались только за шестьдесят лет упорного труда» Типография

Середина 1740-х Немного позже Г. В. Рихман М. В. Ломоносов В. К. Тредиаковский С. П. Крашенинников Н. И. Попов С. К. Котельников А. П. Протасов С. Я. Румовский Первые академики из россиян

5.3. Социокультурные условия формирования науки в России

Источник – книга Н. И. Кузнецовой «Социокультурные проблемы формирования науки в России». – Москва : УРСС, 1997. 264 с. Объект рассмотрения – экология Российской науки в период ее формирования Экология науки – это изучение культурной среды, в которой формируется и живет ученый, изучение явных и неявных правил (предпочтений) выбора будущих профессий, традиций пользования книгами и др. источниками информации; это реконструкция явных или неявных представлений о смысле жизни, об отношениях с людьми – вне круга профессиональных обязанностей и с коллегами, определенное понимание общения, видение долга и ответственности человека перед людьми и обществом

Стартовый период – «импорт» науки в Россию Диагноз происходящего – преобразование Древней Руси, возникновение новой культуры Реформы Петра I: замена Боярской думы Сенатом  бояре не притязают на верховную власть замена патриаршества Синодом  нет политической конкуренции со стороны церкви отделение понятия «государства» от личности правителя (он – первый слуга государства), узаконивание государства с позиций Разума, а не с религиозных позиций

Стартовый период. Реформы Петра I Появление Сената отделяет в сознании людей власть царя (хозяина) от власти государства – важное достижение для русского культурного сознания начала XVIII в. Создание условий для развития системы светского просвещения (школы, университеты, академия) Властителю, тирану, самодержцу нужны жрецы, хранители «сакрального знания», а не ученые-исследователи... М. Раев: «Реформы управления чисто внешние? Но форма в данном случае сильно влияет на содержание! Новый «институциональный стиль» имел большое значение, в частности, для духовного развития дворянства XVIII в.» Создание науки – именно в «институциональном» стиле (создано было именно учреждение)

Создание нового стандарта города (Санкт-Петербург) Новые акценты: в центре – не Кремль (церковь-крепость), а Адмиралтейство (выход к морям), Биржа (торговля) и т. п. Городской центр призван демонстрировать новые социальные и культурные ценности – информационную открытость и деловитость Стартовый период. Реформы Петра I

Академический проект царя – правитель неграмотной страны дерзнул участвовать в развитии мировой науки, а не просто учиться тому, к чему иногда веками шли на Западе Санкт-Петербург – символ того, что гений монарха в силах обогнать время, что в историю можно войти не в результате долгого созревания, а сразу, одним героическим рывком (идея, популярная в XVIII в.) Стартовый период. Реформы Петра I

Книгопечатание И. Федоров «Апостол» И. Федорова Покупка типографии (1711 г.) Переводы нужных книг Введение гражданского шрифта Выпуск первой газеты «Ведомости о военных и иных делах, достойных знания и памяти, случившихся в Московском государстве и в окрестных странах» (с 1702 г.) Подготовка к созданию Академии наук Необходимо было преодолеть традиции древнерусской грамотности, традиции издания и пользования книгами

Первое время – «монстров» больше, чем «нормальных» посетителей Создание музея – Кунсткамеры

Фонды росли быстро, но порядка не было, да и посетителей мало Создание библиотеки

Указ 1714 г. об обязательном обучении для дворян: дворянин-подросток не мог жениться, пока не получил свидетельства об окончании курса в элементарной школе. Всеобщая паника в дворянском сословии Обязательное обучение, домашнее и заграничное, не давало дворянству значительного запаса научных знаний, но оно приучало дворян к процессу выучки и возбуждало невольно аппетит к знанию (В. О. Ключевский) Развитие просвещения

Готфрид Лейбниц Лейбниц считал Россию «непочатым полем», где можно избежать заблуждений и ошибок, допущенных Западом, в сфере организации научных исследований и преподавании наук. Его идеи «отвлеченные», утопические Вольф разъяснял императору, что в данный момент вместо «усовершенствования» наук лучше пригласить профессоров для чтения лекций; нет нужды приглашать знаменитостей, для «просвещения» в Россию могут поехать люди молодые, только начинающие свою карьеру в ученом мире Многие передовые русские люди также считали проект Петра нереализуемым К 1721 г. у Петра I сформировался проект академии: не слушая советов известнейших философов своего времени, он поставил задачей академии не только «распространение» знаний, но и «усовершенствование» их Обсуждение проекта Академии с Х. Вольфом и Г. Лейбницем

Воплощение утопического мечтания российского императора оказалось возможным, так как всему проекту был придан вполне земной и конкретный характер (никакого другого пути, кроме приглашения иностранцев на академическую службу, не было) В результате этого периода наука была успешно привезена в Россию (это не есть формирование собственной науки, пока) Большое значение имело честолюбие вновь прибывших молодых ученых (помогало игнорировать непривычный уклад российской жизни) Обучение «природных русских» в академии поневоле становилось приближенным к практике научных исследований Особенности «стартового» периода

Библиографический список История биологии: В 2 т. М. : Наука. Т. 1. 1972. Т. 2. 1975. Российская академия наук в персоналиях за 200 лет (1724–1924). – Режим доступа: http://www.ras200.nw.ru/. Колчинский, Э. И. Академическая наука в Санкт-Петербурге и мировая культура // Вопросы истории естествознания и техники. – 1999. – № 1. – Режим доступа: http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/VIET/KOLCHIN.HTМ/. Летопись РАН. Т. 1 (1724–1802 гг.) Наука (Санкт-Петербург), Наука / Интерпериодика МАИК. 2000. – 996 с. Кузнецова, Н. И. Социокультурные проблемы формирования науки в России / Н. И. Кузнецоыв. – Москва : УРСС, 1997. – 264 с.