Лекция 1. ВВЕДЕНИЕ В БИОЛОГИЮ. Биология, ее задачи и разделы. Основные этапы формирования биологии. Методы биологических исследований. Связь биологии с другими науками. Фундаментальные и прикладные направления современной биологии
Биология, ее задачи и разделы Биология - это совокупность наук о живой природе (от греч. «bios» – «жизнь» , «logos» – «наука» ). Биология — наука о жизни (живой природе), одна из естественных наук, объектами изучения которой являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой. Биология изучает все аспекты жизни, в частности, структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле. Классифицирует и описывает живые существа, происхождение их видов, взаимодействие 1 между собой и с окружающей средой. Задачи биологии: - систематизация многообразия живых организмов; - изучение закономерностей проявления жизни (строения и функций живых организмов и их сообществ, распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и неживой природой); - раскрытие сущности жизни.
Многообразие живой природы настолько велико, что современная биология представляет собой комплекс биологических наук, значительно отличающихся одна от другой. При этом каждая имеет собственный предмет изучения, методы, цели и задачи. Биологические науки можно разделить по направлениям исследований НАУКА ПРЕДМЕТ ИЗУЧЕНИЯ Науки, изучающие систематические группы живых организмов Вирусология Наука о вирусах Микробиология Наука о микроорганизмах Микология Наука о грибах Ботаника (фитология) Наука о растениях Зоология Наука о животных Антропология Наука о человеке
Науки, изучающие структуру, свойства и проявления жизни Анатомия Наука о внутреннем строении Морфология Наука о внешнем строении Физиология Наука о жизнедеятельности целостного организма и его частей Генетика Наука о наследственности и изменчивости организмов Науки, изучающие разные уровни организации всего живого Молекулярная биология Наука о свойствах и проявлении жизни на молекулярном уровне Цитология Наука о клетках Гистология Наука о тканях Науки, изучающие структуру, свойства и проявления коллективной жизни и сообществ живых организмов Экология Наука об отношениях живых организмов между собой и с окружающей их средой Биогеография Наука о закономерностях географического распространения живых организмов
Науки о развитии живой материи Биология индивидуального развития Наука о развитии живого организма от момента его зарождения до смерти Эволюционное учение Наука об историческом развитии живой природы Палеонтология Наука о развитии жизни в прошлые геологические времена Науки, использующие различные методы исследований Биохимия (на стыке биологии и химии) Наука о химических веществах и процессах в живых организмах Биофизика (на стыке биологии и физики) Наука о физических и физико-химических явлениях в живых организмах Прикладные науки Биотехнология Совокупность методов получения полезных для человека продуктов и явлений с помощью живых организмов Бионика Разработка технических устройств по подобию живых систем Растениеводство Разработка технологий выращивания сельскохозяйственных растений Животноводство Разработка технологий выращивания сельскохозяйственных животных Ветеринария Разработка технологий лечения сельскохозяйственных животных
Основные этапы формирования биологии Биология как особая наука выделилась из естественных наук в XIX веке, когда были выявлены некоторые общие для всех живых организмов характеристики. Термин «биология» был введён независимо Готфридом Рейнхольдом Тревиранусом и Жаном Батистом Ламарком в 1802 году. Жан Батист Пьер Антуан де Моне Ламарк Готфрид Рейнхольд Тревиранус Многовековую историю биологической науки можно разделить на несколько этапов, которые объединяют в два основных: метафизический и дарвиновский. Метафизический этап связан с философским учением, по которому явления и тела природы рассматривались как навсегда данные, неизменные, изолированные и не связанные между собой. Метафизики считали, что виды растений и животных являются продуктом творческого акта и с самого начала организмы уже имели все характерные для них приспособления. Метафизические представления о природе смыкаются с креационизмом (лат. creatio — сотворение) и теологией (греч. θεός — Бог и греч. λόγος — слово, учение, наука)
В период господства метафизики и креационизма в биологии зарождалось и развивалось течение, известное под названием трансформизма (лат. transformis — превращенный, изменяемый). Трансформизм считают предшественником эволюционного учения. Более высокий уровень познания природы связан с применение нового метода исследования. В обосновании проблем эволюции Дарвин широко применял исторический метод и разработал новые подходы к познанию живой природы. Это создало большие возможности для развития биологии во второй половине XIX в. на принципах историзма, эволюционизма. Эпоха практических донаучных знаний (от каменного века до XVI в. ) В пределах этих двух периодов можно выделить еще несколько этапов в биологии, которые совпадают со сдвигами в социально-экономической структуре общества, практической деятельности людей по освоению природы. С этих позиций весь длительный путь развития биологии делят на четыре основных эпохи. Эпоха возникновения и оформления основных биологических наук (с XVI до середины XIX в. ) Эпоха синтеза биологических знаний (с середины XIX в. до середины XXв. ) Эпоха раскрытия сущности жизненных процессов (настоящее и будущее время)
1. Эпоха практических донаучных знаний (или умозрительный период) (от каменного века до XVI в. ) — от каменного века до XVI в. Для этого времени характерно главным Эпоха возникновения и оформления образом описание наблюдаемых основных биологических наук (с XVI до середины XIX в. ) биологических явлений, на основе которых еще не устанавливались закономерности их развития. Вместо Эпоха синтеза биологических знаний (с середины XIX в. до середины XXв. ) них давались умозрительные и нередко религиозно-идеалистические трактовки. Эпоха раскрытия сущности жизненных процессов (настоящее и будущее время) 2. Эпоха возникновения и оформления основных биологических наук — с XVI до середины XIX в. Это период аналитического развития биологии, когда появилась профессия натуралиста, ученые начали применять эксперимент и пытались давать биологическое обоснование практики медицины, растениеводства, животноводства. В это время формируется научная система знаний о живой природе, быстро развиваются ботаника, зоология, систематика, морфология, физиология, эмбриология и другие биологические науки.
3. Эпоха синтеза научных биологических знаний (или каузальный период) — с середины XIX до середины XX в. Первым крупнейшим синтезом научных знаний была теория Ч. Дарвина, давшая причинное объяснение исторического развития органического мира. Эпоха практических донаучных знаний (от каменного века до XVI в. ) Эпоха возникновения и оформления основных биологических наук (с XVI до середины XIX в. ) Эпоха синтеза биологических знаний (с середины XIX в. до середины XXв. ) Эпоха раскрытия сущности жизненных процессов (настоящее и будущее время) 4. Эпоха проникновения в биологический ультрамикромир и раскрытия сущности жизненных процессов (или реконструктивный период) — это биология настоящего и будущего времени. Современные техникоэкономические и социальноидеологические возможности открывают широкие пути для дальнейшего развития биологической науки и практического использования ее достижений.
1. Эпоха практических донаучных знаний Накопление сведений о растениях и животных в первобытном обществе. С появлением первых поселений у человека разумного, начало развиваться земледелие и скотоводство. Человек обогащался знаниями о растениях и животных, о метеорологических явлениях и т. д. Накопленные знания и практические навыки, передаваясь от поколения к поколению, образовывали первоначальный фонд будущей науки. Наскальные рисунки, фото в пещере Альтамира По наскальным и пещерным рисункам и резным изображениям эпохи кроманьонского человека (верхний палеолит: приблизительно 13 тыс. лет до н. э. ) можно установить, что уже в то время люди хорошо различали большое число животных, служивших объектом их охоты.
Знания о живой природе в государствах Древнего мира Первые государства возникли на территориях, где активно развивалось земледелие. Временные границы существования древнеегипетской культуры, принятые исследователями — с середины IV тысячелетия до н. э. и по IV век н. э. Древний Египет оставил огромное культурное наследие для мировой цивилизации. В числе научных достижений древних египтян было создание оригинальной системы письма, математика, практическая медицина, астрономические наблюдения и возникший на их основе календарь. Однако, большую часть явлений природы человечество не могло объяснить на основе имеющихся (накопленных эмпирическим путем) знаний, поэтому главенствующую роль в познании природы играла религия. Вскрывая туши животных для религиозных обрядов и мумифицируя тела фараонов и их приближенных, жрецы стали первыми анатомами. Вавилонская и египетская наука возникли из потребностей практики, а что касается теоретического мышления египтян и вавилонян, то оно не выходило за рамки мифологии. Вопросы мироздания и окружающего мира объяснялись только жрецами на основе их фантазии, которые легли в основу религиозного знания.
Систематизация знаний о человеке, растениях, животных в Древней Греции Несмотря на огромные заслуги науки Древнего Востока, подлинной родиной науки стала Древняя Греция (история Древней Греции рассматривается с III тысячелетия до н. э. до I века до н. э. ). Именно здесь возникла наука, разрабатывающая научные представления о мире, не сводящиеся к сумме практических рецептов. Гиппократ (ок. 460— 377 до н. э. ) - первый ученый, создавший научную медицинскую школу. «Клятва Гиппократа» - обещание хранить человеческую тайну, не оставлять больного без медицинской помощи. Он собрал и систематизировал наблюдения о строении тела человека, описал кости крыши черепа и соединения костей при помощи швов, строение позвонков, ребер, внутренние органы, орган зрения, мышцы, крупные сосуды. Гиппократ объяснял неодинаковое течение одной и той же болезни у разных людей различным состоянием «соков тела» в организме человека: крови, слизи, желчи, черной желчи. Смесь этих жидкостей определяет индивидуальное своеобразие каждого организма. В переводе с греческого на латинский слово «смесь» звучит как «temperamentum» (т. о. Гиппократом была создана классификация темпераментов).
Аристотель (384 – 322 до н. э. ) - древнегреческий философ и педагог. Почти двадцать лет Аристотель учился в Академии Платона. Покинув Академию, Аристотель стал воспитателем Александра Македонского. Аристотель задумал и организовал естественнонаучные изыскания. Эти исследования привели ко многим фундаментальным открытиям, однако величайшие достижения Аристотеля относятся к области философии. Большое место в творчестве Аристотеля занимают вопросы биологии. В биологических трактатах охвачен весь круг знаний того времени об организмах, что дает право считать его основателем биологии как науки. Биологические трактаты: «История животных» , «О частях животных» (рус. пер. , 1937), «О возникновении животных» (рус. пер. , 1940), «О движении животных» , а также трактат «О душе» (рус. пер. , 1937). Сочинения о «первой философии» , рассматривающее сущее как таковое и получившее впоследствии название «Метафизики» (рус. пер. , 1934). Для суждения о биологических воззрениях Аристотеля чрезвычайно важен последний из четырех его больших биологических трактатов «О душе» . В нем рассматриваются ощущения, воспринимаемые органами чувств, умственная деятельность человека, вопрос о взаимоотношении между душой и телом. По Аристотелю, существуют души трех родов: душа растительная, или питающая, душа чувствующая и, наконец, разум. Растениям свойственна только питающая душа, животным сверх того — чувствующая, человеку кроме двух первых свойствен разум.
Формально Аристотель не оставил классификации животных. Однако в его трудах встречаются в достаточном количестве определения, позволяющие воссоздать ту группировку животных форм, которую с правом можно рассматривать как классификационную схему. Он описал более 450 форм, разделив их на 2 большие группы: животных, снабженных кровью (позвоночные); бескровных (беспозвоночные). Животные с кровью, в свою очередь, были разделены им на группы, приблизительно отвечающие современным классам: живородящих (человек, киты и четвероногие) и яйцеродных, или яйцеживородящих (птицы, яйцекладущие четвероногие, змеи и рыбы). Лестница природы начинается с неорганических тел и через растения идет к прикрепленным животным — губкам и асцидиям, затем к голотуриям и далее к свободно-подвижным морским организмам и животным ведущих наземный образ жизни. Лестница существ Аристотеля является первой идеей об усложнении форм природы, о ступенчатом развитии живых существ. Вот как выглядела «лестница природы» Аристотеля: 1)Человек; 2) Животные; 3) Зоофиты; 4) Растения; 5) Неорганическая материя.
Теофраст (372 -287 до н. э. ) - древнегреческий естествоиспытатель и философ, один из первых ботаников древности, ученик и друг Аристотеля. Автор св. 200 трудов по естествознанию (физике, минералогии, физиологии и др. ), философии и психологии. Создал классификацию растений, систематизировал накопленные наблюдения по морфологии, географии и медицинскому использованию растений. Написал две книги о растениях: «Историю растений» и «Причины растений» , в которых даются основы классификации и физиологии растений, описано около 500 видов растений. Фронтиспис иллюстрированного издания Historia Plantarum, Амстердам, 1644 Взгляды и познания Аристотеля получили развитие в работах его ученика Теофраста (370— 285 до н. э. ). Наибольшее значение имеет работа «История растений» . Наряду с прикладными сведениями о лечебных растениях, Теофраст сообщил данные о строении и размножении растений. Он впервые ввел в употребление термины — плод, околоплодник и сердцевина. Он различал такие способы размножения растений, как самопроизвольное зарождение, зарождение от семян, от корня, от клубня, от ветви, ствола и черенка. Теофраст описал прорастание семян разных видов растений, отметил места закладки в семени корня и стебля, обнаружил различия между однодольными (злаками) и двудольными (бобовыми) растениями.
Гален (130— 200) - римский медик, хирург и философ , написал множество трудов по всем отраслям медицины. Гален изучил анатомию овец, быков, свиней, собак, медведей и многих других позвоночных животных. Титульный лист сочинения Галена De curandi ratione. Издание 1529 года Анатомией Галена, основанной на диссекции обезьян и свиней, пользовались до появления в 1543 году труда «О строении человеческого тела» Андреаса Везалия, его теория кровообращения просуществовала до 1628 года, когда Уильям Гарвей опубликовал свой труд «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных» , в котором дал описание роли сердца в кровообращении. Им было детально изучена центральная и периферическая нервная система. Одной из крупных ошибок, допущенных им и долго удерживавшейся в науке под влиянием его авторитета, было его убеждение в том, что кровь проходит из одного желудочка сердца в другой через отверстие в перегородке между желудочками.
Биология в средние века Период с V по XV в. , принято называть «средними веками» , или «средневековьем» . Это было время возникновения и развития феодализма со свойственной ему политической и идеологической надстройкой. Религия являлась господствующей идеологией феодального общества в средние века как на Западе, так и на Востоке. В период раннего средневековья центр научной мысли перемещается из Римской империи в Арабский мир (Арабский халифат). Благодаря арабам сохраняются тексты философов Древней Греции и Рима, они выступают связующим звеном между Западом и Востоком. В основе их научных знаний прослеживается наследие рационализма европейских ученых и ментальность ученых из Древней Индии и Древнего Китая. В Западной Европе, все науки подчинены религиозной идеологии, познание сводится к откровению и направлено на созерцание природы, так как природа является отображением Высшего закона, которого не возможно понять, а необходимо верить.
Арабский период. Мусульманские завоевания в 7 и 8 веках поставили под власть халифатов обширные земли юга Европы, Северной Африки и значительной части Азии, возникает арабская цивилизация, которая была многонациональной (персы, сирийцы, испанцы и евреи), единственное, что их объединяло - арабский язык. Период расцвета исламской культуры характеризуется бурным подъемом во всех областях науки. В то время, когда Европа переживала упадок, в мусульманских странах расцвели философия, математика, астрономия, историография, лингвистика, химия, фармакология, медицина. После падения Римской империи на Западе полностью прекратилось изучение трудов Галена. Сирийские христиане узнали о трудах Галена в то время, когда Византия правила Сирией и Западной Месопотамией. В седьмом веке эти земли были захвачены мусульманами. После 750 года мусульмане и сирийские христиане перевели работы Галена на арабский язык. С тех пор Гален и вся греческая медицина были ассимилированы в средневековую культуру исламского Ближнего востока. На данный момент существуют всего два перевода трудов Галена на русский язык. Первый из них — «О назначении человеческого тела» был издан в 1971 году, в 2014 г. издана «Гален: врач и философ» .
Биологические знания в эпоху Возрождения (нач. XIV — последняя четверть XVI в. ) Это период накопления нового материала в естествознании, разработка новых методов познания. Одним из основоположников нового экспериментального естествознания в эпоху Возрождения был Леонардо да Винчи ( 1452 — 1519). Он занимался математикой, гидромеханикой, геологией и физической географией, метеорологией, химией, астрономией, ботаникой, а также анатомией и физиологией человека и животных. Им написаны работы : «О летании и движении тел в воздухе» , «О свете, зрении и глазе» . Им создана целая система изображений органов и частей тела в поперечном сечении. В дальнейшем этот прием стал широко использоваться при изучении анатомии человека. Одним из первых Леонардо да Винчи предпринял попытку упорядочить анатомические названия. Он дал первую классификацию мышц человеческого тела, взяв за основу их положение и функцию.
Андре ас Веза лий (1514 -1564) – основоположник научной медицины. Одним из первых стал изучать человеческий организм с помощью проведения вскрытий. В 1543 году издаёт свой главный труд «О строении человеческого тела» , в котором обобщил и систематизировал достижения в области анатомии. Текст книги сопровождался 250 рисунками художника Стефана ван Калькара, постоянного иллюстратора книг Везалия. Изучая труды Галена, он исправил свыше 200 ошибок античного автора. Трупы ему приходилось тайно добывать на кладбище, так как в то время вскрытие трупа человека было запрещено церковью. В основу книги легли лекции, которые он читал в Падуе. Эти лекции отличались от принятых в то время тем, что Везалий для иллюстрации своих слов препарировал человеческие трупы. В книге содержится тщательное исследование органов и всего устройства человеческого тела.
Эпоха возникновения и оформления основных биологических наук Развитие науки в Новое Время (XVI—XVIII вв. ) Начиная с XVI—XVIII вв. во многих странах открываются университеты, выделяются медицинские факультеты, закладывается фундамент научной анатомии и физиологии. Увеличивается число научных учреждений и обществ, возникают ученые ассоциации, именовавшихся академиями. В это время создаются ботанические сады, перед которыми ставятся как чисто научные задачи, так и задачи, вытекающие из потребностей сельского хозяйства, медицины, промышленности. 1724 г. - основанием в Российской академии наук. В составе Академии сразу же была утверждена кафедра анатомии и физиологии. В России начинается процесс формирования системы образовательных и научноисследовательских центров. 1755 – создание Московского университета, 1798 - Петербургской медико-хирургической академии. Первое здание Московского университета Здание Московского университета на Моховой Главным результатом развития ботаники в Новое Время было описание и классификации большого числа видов растительных видов. Поэтому этот период часто называют период первоначальной инвентаризации.
Открытия в анатомии послужили основой для более глубоких исследований в области физиологии. Испанский врач Мигель Сервет (1511— 1553), ученик Везалия Р. Коломбо (1516— 1559) высказали предположение о переходе крови из правой половины сердца в левую через легочные сосуды. После многочисленных исследований английский ученый Уильям Гарвей (1578— 1657) издал книгу «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных» (1628). В нем были приведены доказательства наличия кровообращения, даны описания его большого и малого кругов. Гарвей установил, что сердце является центром кровообращения. Ставя опыты с перерезкой и зажимом сосудов, Гарвей выяснил вопрос о направлении движения крови, о значении клапанов. Эти сосуды были открыты позже, в 1661 г. , основателем микроскопической анатомии М. Мальпиги. Уильям Гарвей (1578— 1657) — английский медик, основоположник физиологии и эмбриол огии, открытие кровообращения Рисунок в книге Уильяма Гарвея «О движении сердца» — это изображение руки, вены и клапаны на которой деформированы после наложения жгута. Наблюдавшиеся Гарвеем разбухание вены ниже и спадение ее выше места пережатия впервые навели его на мысль о том, что вся венозная кровь движется в направлении сердца
Изобретение микроскопа 1590 — голландские изготовители очков Ганс Янсен и его сын Захарий Янсен изобрели составной оптический микроскоп. 1664 — Роберт Гук публикует свой труд «Микрография» , собрание биологических гравюр микромира, где вводит термин клетка для структур, которые им были обнаружены в пробковой коре. Книга, вышедшая в сентябре 1664, оказала значительное влияние на популяризацию микроскопии. 1674 — Антони ван Левенгук улучшает микроскоп до возможности увидеть одноклеточные организмы. Микроскоп Левенгука был крайне прост и представлял собой пластинку в центре которой была линза. Несмотря на простоту конструкции она позволяла получить увеличение в несколько раз превышающее микроскопы того времени, что позволило впервые увидеть эритроциты, бактерии, дрожжи, простейших, сперматозоиды, строение глаз насекомых и мышечных волокон, инфузории и многие их формы. Сохранившиеся до наших дней микроскопы способны увеличивать изображение в 275 раз.
Мироскопическая анатомия и изучение простейших Успехи в этой области связаны с деятельностью двух крупнейших натуралистов — Марчелло Мальпиги и Антони Левенгука. Мальпиги обнаружил капилляры. Это открытие дополняло учение Гарвея о кровообращении, показывая действительную связь артериальной и венозной систем. Мальпиги описал микроскопическое строение легких, печени, почек, селезенки. Он исследовал беспозвоночных животных и открыл у них особые образования, выполняющие выделительную функцию, названные впоследствии «мальпигиевыми сосудами» . Он описал микроструктуру листьев, стеблей и корней. Марче лло Мальпи ги (1628 — 1694) — итальянский биолог и врач. Антони Левенгук обнаружил красные кровяные тельца, углубил исследование капилляров, изучал микроскопическую анатомию глаза, нервов, зубов. Ему принадлежит открытие в 1677 г. сперматозоидов. Кроме микроскопических исследований человека, Левенгук положил начало изучению простейших. Он открыл инфузорий, саркодовых, бактерий. Все эти формы он объединил под общим названием «анималькули» , т. е. зверьки. Он описал не только строение многих из них, но и способы движения и даже размножения Антони ван Ле венгук (1632 — 1723) — нидерландский натуралист, конструктор микроскопов, основоположник научной микроскопии
Немецкий ученый Роберт Кох - основатель современной микробиологии. Открыл возбудителей заболеваний: сибирской язвы, бубонной чумы, сонной болезни, столбняка, туберкулеза – «палочки Коха» . Основатель современной микробиологии. Открыл возбудителей заболеваний: сибирской язвы, бубонной чумы, сонной болезни, столбняка, туберкулеза – «палочки Коха» . Роберт Кох (1843 — 1910) Французский микробиолог Пастер изучал возможность самозарождения микроорганизмов. Он провёл опыт, доказавший невозможность самозарождения микробов, взяв термически стерилизованную питательную среду и поместив её в открытый сосуд с длинным изогнутым горлышком. Сколько бы сосуд ни стоял на воздухе, никаких признаков жизни в нём не наблюдалось, поскольку содержащиеся в воздухе споры бактерий оседали на изгибах горлышка. Но стоило отломить его или сполоснуть жидкой средой изгибы, как вскоре в среде начинали размножаться микроорганизмы, вышедшие из спор. Луи Пастер (1822 — 1895) Обнаружив в явления фагоцитоза, разработал на основе его изучения сравнительную патологию воспаления, а в дальнейшем — фагоцитарную теорию иммунитета Илья Ильич Мечников (1845— 1916) Труды Л. Пастера и И. Мечникова определили появление иммунологии.
Го тфрид Ви льгельм Ле йбниц (1646 — 1716) - саксонский философ, логик, математик, механик, физик. Распространение принципа непрерывности на биологические явления привело Лейбница к разработке учения о «лестнице существ» , получившей широкое признание в XVIII в. Однако все ступени лестницы существ Лейбниц мыслил существующими одновременно, изначальными, созданными богом и вечными. На основе принципа непрерывности Лейбниц дал одну из первых в новой философии формулировок идеи всеобщей связи сущего: «Всё во вселенной находится в такой связи, что настоящее всегда скрывает в своих недрах будущее, и всякое данное состояние объяснимо естественным образом только из непосредственно предшествовавшего ему» . Основываясь на этом положении, Лейбниц пришёл к выводу об органическом родстве всех живых существ и о их связи с неорганической природой Распространение принципа непрерывности на биологические явления привело Лейбница к разработке учения о «лестнице существ» , получившей широкое признание в XVIII в.
Классификация растений и животных К. Линнея Карл Линне й ( 1707 - 1778) шведский естествоиспытатель (ботаник, зоолог, минералог), автор выдающихся трудов: «Основания ботаники» , «Философия ботаники» , «Роды растений» , «Виды растений» , «Система природы» и др. , создатель единой системы классификации растительного и животного мира, в которой были обобщены и в значительной степени упорядочены знания всего предыдущего периода развития биологической науки. Достижением Линнея стало выделение биологического вида в качестве исходной категории в систематике, а также определение критериев отнесения природных объектов к одному виду. Основной заслугой Линнея является окончательное утверждение бинарной номенклатуры, усовершенствование и «стандартизация» ботанической терминологии. Вместо громоздких определений он ввел краткие и четкие диагнозы, содержавшие в определенном порядке перечень характеристик растений Титульный лист первого издания «Системы природы» (1735)
Жан Батист Пьер Антуан де Моне Шевалье Ламарк ( 1744 — 1829) — французский учёныйестествоиспытатель. Ламарк стал первым биологом, который попытался создать стройную и целостную теорию эволюции живого мира. Отрицал существование видов. Важным трудом Ламарка стала книга «Философия зоологии» , опубликованная в 1809 году. Жан-Батист Ламарк в своем труде «Флора Франции» (1778) критически пересмотрел системы растительного мира Линнея, Жюссье и Турнефора, четко провел бинарную номенклатуру, впервые предложил определительные таблицы, основанные на дихотомическом принципе. В работе «Классы растений» (1786) Ламарк подразделил растительный мир на 6 классов и 94 семейства и в известной мере приблизился к естественной классификации. В «Естественной истории растений» (1803) Ламарк, разделил растительный мир на 7 классов, заключающих 114 семейств и 1597 родов. Он расположил все формы в порядке восхождения от простого к сложному. В основании растительного мира он поместил грибы, водоросли и мхи, на его вершине многолепестковые цветковые растения. Таким образом, в своем стремлении построить естественную систему растений ботаники 18 века добивались использования не какого-нибудь одного признака, а их комплекса. Их работы имели большое научное значение и создавали предпосылки для эволюционного учения.
Х ІХ век ознаменовался рождением трёх величайших теорий – клеточной, эволюционной и теории наследственности. Клеточная теория — основополагающая для биологии теория, сформулированная в середине XIX века, предоставившая базу для понимания закономерностей живого мира и для развития эволюционного учения. Маттиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию, основываясь на множестве исследований о клетке (1838). Рудольф Вирхов позднее (1858) дополнил её важнейшим положением (всякая клетка происходит от другой клетки). Шлейден и Шванн, обобщив имеющиеся знания о клетке, доказали, что клетка является основной единицей любого организма. Клетки животных, растений и бактерии имеют схожее строение. Позднее эти заключения стали основой для доказательства единства организмов. Маттиас Якоб Шлейден (1804— 1881) — немецкий ботаник Положения клеточной теории Шлейдена-Шванна: Все животные и растения состоят из клеток. Растут и развиваются растения и животные путём возникновения новых клеток. Клетка является самой маленькой единицей живого, а целый организм Теодор Шванн (1810 — 1882) — — это совокупность клеток. немецкий цитолог, гистолог и физиолог, автор клеточной теории
Французского ученого Жоржа Кювье (1769— 1832) по праву считают одним из основателей палеонтологии — науки об ископаемых остатках организмов, живших на Земле в минувшие эпохи и давно вымерших. В 1794 г. Кювье пригласили работать в Париж в только что организованный Музей естественной истории. В Париже он вскоре занял в парижском университете — Сорбонне кафедру анатомии животных. Изучая богатые коллекции музея, Кювье постепенно убедился, что принятая в науке система Линнея не строго соответствует действительности. Линней разделил животный мир на 6 классов: млекопитающие, птицы, гады, рыбы, насекомые и черви. Кювье пришел к выводу, что в мире животных существуют четыре типа строения тела: членистые, мягкотелые, позвоночные и лучистые. Для объяснения последовательной смены ископаемых животных Кювье создал теорию «переворотов» , или «катастроф» , в истории Земли. Он объяснял эти катастрофы так: на сушу надвигалось море и поглощало все живое, затем море отступало, морское дно становилось сушей, которая и заселялась новыми животными. От куда они брались? Кювье не мог на это дать правильный ответ. Теория «катастроф» еще долго господствовала в науке, и только эволюционное учение Дарвина окончательно опровергло ее.
Эпоха синтеза научных биологических знаний Чарлз Ро берт Да рвин (1809 — 1882) — английский натуралист и путешественник, одним из первых пришёл к выводу и обосновал идею о том, что все виды живых организмов эволюционируют во времени и происходят от общих предков. В своей теории, развёрнутое изложение которой было опубликовано в 1859 году в книге «Происхождение видов» , основным механизмом эволюции Дарвин назвал естественный отбор. Позднее развивал теорию полового отбора. Ему также принадлежит одно из первых обобщающих исследований о происхождении человека. Предпосылки возникновения теории Ч. Дарвина: - наблюдения постепенности изменений животного мира, наличие ископаемых гигантских броненосцев; - анализ истории выведения пород голубей, собак, сортов культурных растений (искусственный отбор). Вояж корабля «Бигль» (1831 -1836)
Теория Ч. Дарвина основана на следующих положениях: 1. Стремление каждого вида к беспредельному размножению. 2. Изменчивость. 3. Наследственность некоторых изменений. Логический вывод из этих положений – борьба за существование. Особое значение имеет дарвиновский принцип расхождения признаков, объясняющий процесс образования систематических группировок через вымирание промежуточных форм. Наблюдение Дарвина: все живое производит потомства гораздо больше, чем может выжить (чем позволяют ресурсы) борьба за существование
Если все одинаковые (нет наследственной изменчивости) то выживание случайно (повезло) Облик популяции не меняется
«Происхождение видов» начинается с разбора в первой главе потрясающей изменчивости, вскрытой при одомашнивании диких видов, и во второй главе – с описания изменчивости видов в дикой природе (всего в книге 15 глав) Искусственный отбор 10 000 лет Выведение пород домашних животных – МОДЕЛЬ эволюции Самая замечательная (beautiful) часть в моей теории состоит в том, что доместицированные расы созданы точно так же, как и виды, но последние более совершенны и процесс создания шел гораздо медленнее Дарвин
Дарвиновская триада изменчивость отбор наследственность Кошмар Дженкина: Если у особи возник полезный признак, то в следующем поколении он уменьшится вдвое из-за скрещивания с нормальной особью. В следующем – еще вдвое И в конце концов полностью растворится…
Австрийский ученый Грегор Мендель ( 1822 - 1884). Основоположник генетики, науки о наследственности и изменчивости. Он настолько опередил свое время, что никто на понял значения его открытий. Только спустя 35 лет его законы были заново переоткрыты. Основоположник генетики, науки о наследственности и изменчивости. 1865 г. Грегор Мендель в книге «Опыты над растительными гибридами» изложил результаты изучения гибридных сортов гороха (эти исследования были начаты им в 50 -х гг. ) и открытые им основные закономерности наследственности (законы Менделя).
30 -40 -е годы ХХ в. – синтетическая теория эволюции 19 век, вторая половина Менделевская генетика Дарвинизм Начало 20 в. Популяционная генетика СТЭ Современный дарвинизм 30 -40 -е годы 20 в.
Синтетическая теория эволюции (СТЭ) — современная эволюционная теория, которая является синтезом различных дисциплин, прежде всего, генетики и дарвинизма. СТЭ также опирается на палеонтологию, систематику, молекулярную биологию и другие. В 1930 -40 -е годы быстро произошел широкий синтез генетики и дарвинизма. Термин «современный» или «эволюционный синтез» происходит из названия книги Дж. Хаксли «Evolution: The Modern synthesis» (1942). Джу лиан Со релл Ха ксли (1887— 1975) — английский биолог, эволюционист и гуманист, политик. Один из создателей синтетической теории эволюции.
После переоткрытия законов Менделя (в 1901 г. ), доказательства дискретной природы наследственности и особенно после создания теоретической популяционной генетики трудами Р. Фишера, Дж. Б. С. Холдейнамладшего, С. Райта, учение Дарвина приобрело прочный генетический фундамент. Ч. Дарвин Р. Фишер Дж. Б. С. Холдейн-мл. Важной предпосылкой для возникновения новой теории эволюции явилась книга английского генетика, математика и биохимика Дж. Б. С. Холдейна-младшего, издавшего её в 1932 году под названием «The causes of evolution» . Холдейн, создавая генетику индивидуального развития, сразу же включил новую науку в решение проблем макроэволюции. Г. Мендель
Развитие физиологии в ХIХ- ХХ в. связано с именами великих российских ученых И. Сеченова, заложившего основы изучения высшей нервной деятельности, и И. Павлова, создавшего учение об условных рефлексах. Иван Михайлович Сеченов (1829 – 1905) Ива н Петро вич Па влов (1849— 1936) В 1863 г. опубликовал книгу «Рефлексы головного мозга» , где приводил убедительные доказательства рефлекторной природы психической деятельности. Понятие «ВНД» И. П. Павлов ввел вместо существовавшего ранее понятия «психическая деятельность» , что способствовало изучению психической деятельности с помощью объективного метода, т. е. условных рефлексов, открытых им. И. П. Павлов определил предметом физиологии ВНД исследование высших (психических) форм деятельности мозга. Основная задача физиологии ВНД — объективное изучение материального субстрата психической деятельности.
Влади мир Ива нович Верна дский (1863 -1945) —русский и советский учёный естествоиспытатель, мыслитель и общественный деятель конца XIX века и первой половины XX века. Создатель учения о живом веществе и биосфере – учения, которое находится на стыке геологии, биологии, химии и философии. В структуре биосферы Вернадский выделял семь видов вещества: живое; биогенное (возникшее из живого или подвергшееся переработке); косное (абиотическое, образованное вне жизни); биокосное (возникшее на стыке живого и неживого; к биокосному, по Вернадскому, относится почва); вещество в стадии радиоактивного распада; рассеянные атомы; вещество космического происхождения. Важным этапом необратимой эволюции биосферы Вернадский считал её переход в стадию ноосферы. Основные предпосылки возникновения ноосферы: расселение Homo sapiens по всей поверхности планеты и его победа в соревновании с другими биологическими видами; развитие всепланетных систем связи, создание единой для человечества информационной системы; открытие таких новых источников энергии, как атомная, после чего деятельность человека становится важной геологической силой; победа демократий и доступ к управлению широких народных масс; всё более широкое вовлечение людей в занятия наукой, что также делает человечество геологической силой.
Эпоха проникновения в биологический ультрамикромир и раскрытия сущности жизненных процессов В 1953 г. Крик и Уотсон построили двойную спираль ДНК и их статья была опубликована в номере журнале Nature от 10 апреля. В том же номере журнала опубликованы две статьи Р. Франклин с соавторами, содержащие рентгенограммы, без которых невозможно было бы расшифровать структуру ДНК. Согласно модели Крика – Уотсона, ДНК представляет двойную спираль, состоящую из двух цепей Джеймс Уотсон и Френсис Крик. дезоксирибозофосфата, соединенных парами оснований аналогично ступенькам лестницы. Посредством водородных связей аденин соединяется с тимином, а гуанин – с цитозином. С помощью этой модели можно было проследить репликацию самой молекулы ДНК.
Основные ветви биологии Биология тесно связана с другими естественными науками. Так, на стыке между биологией и химией появились биохимия и молекулярная биология, между биологией и физикой – биофизика, между биологией и астрономией – космическая биология. Экология, находящаяся на стыке биологии и географии, в настоящее время часто рассматривается как самостоятельная наука. В настоящее время биология условно разделяется на две большие группы наук. Биология организмов: науки о растениях (ботаника), животных (зоология), грибах (микология), микроорганизмах (микробиология). Эти науки изучают отдельные группы живых организмов, их внутреннее и внешнее строение, образ жизни, размножение и развитие. Общая биология: молекулярный уровень (молекулярная биология, биохимия и молекулярная генетика), клеточный (цитология), тканевой (гистология), органы и их системы (физиология, морфология и анатомия), популяции и природные сообщества (экология). Общая биология изучает жизнь на различных уровнях.
Методы биологических исследований. Определение понятий Методы исследования - это способы достижения цели исследовательской работы. Научный метод - это совокупность приёмов и операций, используемых при построении системы научных знаний. Научный факт - это результат наблюдений и экспериментов, который устанавливает количественные и качественные характеристики объектов. Методологическая основа научного исследования - это совокупность методов научного познания, используемых для достижения цели данного исследования.
Методы биологических исследований. Современная биология располагает широким набором методов исследования. Основными являются следующие методы. Название метода Характеристика Метод наблюдения и описания Сбор и описание фактов Метод измерений Измерение характеристик объектов Сравнительный метод Анализ сходства и различий изучаемых объектов Исторический метод Изучение хода развития исследуемого объекта Метод эксперимента Изучение явления природы в заданных условиях Метод моделирования Описание сложных природных явлений относительно простыми моделями Метод прогнозирования Предсказание будущего объекта или процесса Методы познания живой природы. Каждая из биологических наук, исходя из особенностей изучаемого предмета, использует собственные специфические методы исследования и методы смежных наук (физики, химии, географии и др. ).
1. Метод наблюдения. Основой всех биологических исследований является метод наблюдения. Наиболее ценную информацию дает наблюдение за жизнедеятельностью изучаемого объекта непосредственно в природе. Для изучения невидимых визуально деталей объекта или протекающих в нем процессов применяют наблюдения в лабораториях с использованием микроскопов или других приборов. Д ля получения достоверной информации наблюдения неоднократно повторяют. Результаты наблюдений обрабатывают статистически, анализируют, сопоставляют с данными других наблюдений, после чего делают соответствующие выводы. Наблюдение — это целенаправленное и планомерное восприятие явлений, результаты которого фиксируются наблюдателем.
2. Описательный метод - это фиксирование наблюдаемых внешних признаков объектов исследования с выделением существенного и отбрасыванием несущественного. Этот метод стоял у истоков биологии, как науки, но ее развитие было бы невозможно без применения других методов исследования. Описательные методы позволяют вначале описывать, а затем анализировать явления, происходящие в живой природе, сравнивать их, находя определённые закономерности, а также обобщать, открывать новые виды, классы и прочее. Описательные методы начали использоваться ещё в древности, но на сегодняшний день не утратили своей актуальности и широко применяются в ботанике, этологии, зоологии и т. д.
3. Сравнительный метод - это исследование сходства и различия в строении, протекании жизненных процессов и поведении различных объектов. Например, сравнение особей разного пола, принадлежащих к одному биологическому виду. Позволяет изучать объекты исследования путём их сравнения между собой или с другим объектом. Позволяет выявлять сходства и различия живых организмов, а также их частей. Полученные дают возможность объединять исследованные объекты в группы по признакам сходства в строении и происхождении. На основе сравнительного метода, например, строится систематика растений и животных. Этот метод использовался также при создании клеточной теории и для подтверждения теории эволюции. В настоящее время он применяется практически во всех направлениях биологии. Этот метод является основой систематики. Благодаря ему открыто крупнейшее обобщение и создана клеточная теория.
4. Исторический метод. Позволяет выявить закономерности образования и развития живых систем, их структур и функций, сопоставлять их с ранее известными фактами. Данный метод, в частности, успешно использовался Ч. Дарвином для построения его эволюционной теории и способствовал превращению биологии из описательной науки в науку объясняющую. Этот метод изучает закономерности появления организмов, их развития, становления структуры и функций живих организмов. Ч. Дарвин стал основоположником и главным пользователем этого метода.
5. Метод эксперимента. Однако не всегда с помощью наблюдения можно получить ответ на интересующий исследователя вопрос. Поэтому в биологических исследованиях широко используют метод эксперимента. Суть метода в том, что исследователь при изучении объекта проводит научный опыт в природе или лаборатории, задавая определенные контролируемые параметры условий среды и управляя ими. Полученные экспериментальные данные сравниваются с результатами наблюдений в естественной среде. Экспериме нт (от лат. experimentum — проба, опыт), также о пыт, в научном методе — метод исследования некоторого явления в управляемых наблюдателем условиях. Отличается от наблюдения активным взаимодействием с изучаемым объектом. Обычно эксперимент проводится в рамках научного исследования и служит для проверки гипотезы, установления причинных связей между феноменами.
6. Метод моделирования. Изучение сложных биологических систем в природе крайне затруднительно, поэтому в последние годы ученые все чаще используют метод моделирования — создания математических или компьютерных моделей биологических систем. Особую значимость такой метод имеет в экологических исследованиях, так как позволяет прогнозировать последствия разных видов деятельности человека в экосистемах или биосфере. В медицине используют компьютерные модели для изучения влияния новых лекарственных средств на биохимические и физиологические показатели человека с целью выяснения их эффективности и безопасности Модель - это упрощённая копия объекта, явления или процесса, заменяющая их в определённых аспектах 7. Математические методы Включают сравнение и группировку объектов; различение и разделение групп; определение места объекта (группы) в ранее описанной системе (идентификация); взаимосвязи и зависимости и т. д. 8. Теоретический (системный метод). С учетом иерархичности живых систем каждый объект может рассматриваться одновременно как система и как элемент системы более высокого порядка.
Связь биологии с другими науками Биология принадлежит к комплексу естественных наук, то есть наук о природе, и тесно связана с другими науками: фундаментальными (математикой, физикой, химией); естественными (геологией, географией, почвоведением); общественными (психологией, социологией); прикладными (биотехнологией, бионикой, растениеводством, охраной природы). Связь биологии с географией 1. Предмет изучения обеих наук - природа. Биология изучает биотический фактор природы, объекты живой природы (животных, растения, грибы, бактерии) , а география - абиотический фактор природы, объекты неживой природы ( рельеф, моря, реки, вулканы, ветра, карстовые пещеры, климат и т. д. ) 2. Для изучения биогеоценозов дифференцировались такие дисциплины, как БИОГЕОГРАФИЯ и ГЕОБОТАНИКА. 3. Биологию и географию связывает проблема рационального природопользования. Также можно упомянуть, что бесчисленное количество биологического материала в виде гербария, живых объектов, зарисовок, спилов, раковин, скелетов и прочее поставляли географы-путешественники. ГЕОГРАФИЯ И ЭКОЛОГИЯ Географическое и экологическое тесно взаимосвязаны. С одной стороны, это объясняется тем, что географические знания способствовали возникновению и формированию биологической экологии как науки. С другой стороны, решение современных экологических проблем, как правило, требует обращения к географической науке, которая дает не только конкретные знания об отдельных географических процессах и явлениях, но и комплексное видение природной и социальной среды.
Фундаментальные и прикладные направления современной биологии Биология — наука фундаментальная и комплексная. Фундаментальная, т. к. является теоретической основой (фундаментом) для прикладных дисциплин: медицины, ветеринарии, агрономии, зоотехники, психологии, пищевой промышленности, фармакологии, биотехнологии и селекции. Комплексная, т. к. представляет собой комплекс биологических наук. Прикладные науки Биотехнология Совокупность методов получения полезных для человека продуктов и явлений с помощью живых организмов Бионика Разработка технических устройств по подобию живых систем Растениеводство Разработка технологий выращивания сельскохозяйственных растений Животноводство Разработка технологий выращивания сельскохозяйственных животных Ветеринария Разработка технологий лечения сельскохозяйственных животных
Бионика – наука, изучающая возможности использования в технических системах принципов, реализованных в живых системах. Гидробионика – наука, занимающаяся изучением способов реализации отдельных аспектов обитающих в воде организмов в искусственных системах. Эмблема бионики — скальпель и паяльник, перевитые интегралом В области бионического решения инженерных задач важным направлением является проблема роботов (промышленных, космических, подводных, копирующих действия человека и приводящихся в действие с помощью автоматизированных систем управления). Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц: орнитоптер. Эдвард Фрост (Кембриджшир, Англия) в 1902 году сконструировал орнитоптер из ивы, шёлка и перьев
Попытка создания летательного аппарата на основе копирования летучей мыши, как образца летательного аппарата, принадлежит Клеману Адеру, создавшему в 1890 г. «Эол» , который пролетел 50 м. Чертежи Эола Клемента Адера Клемент Адер (1841 -1925) — французский инженер, известен главным образом своими работами в области авиации Он был похож на огромную летучую мышь из полотна и древесины, его размах крыла составил 16 -ярдов (1 ярд=0. 9144 м), аппарат был оборудован двумя толкающими пропеллерами с четырьмя лопастями, каждый из них был оснащён паровым двигателем мощностью 30 л. с.
Основные направления работ по бионике охватывают следующие проблемы: - изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток (нейронов) и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики (нейробионика); - исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения; - изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике; исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей. Архитектурно-строительная бионика – новое направление в науке и практике архитектуры. Пример архитектурной бионики — аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений. Бионические аналогии в архитектуре: раковина моллюска и ресторан «Бермет» в г. Фрунзе
Скачать презентацию Лекция 1 ВВЕДЕНИЕ В БИОЛОГИЮ Биология ее задачи
лекция 1 - история биологии-2016.ppt