Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Биология и её предмет

2. Традиционная (натуралистическая) биология

3. Физико-химическая биология: методы и познавательные возможности

4. Эволюционная биология: становление, задачи, содержание

Введение

Изучение дисциплины повысит качество подготовки социально-активного специалиста, обладающего целостным научным мировоззрением. Это позволит ему оценивать последствия принимаемого решения, быстрее ощущать свою ответственность за сохранение жизни на Земле. Неживую природу изучает физика и химия. Живую природу - биология. В современном представлении биология - совокупность наук о живой природе. Биология устанавливает общие и частные закономерности, присущие жизни во всех ее проявлениях - обмен веществ, размножение, наследственность, приспособляемость, рост, подвижность и др.

1. Биология и её предмет

Биология (буквально - «наука о жизни») - это совокупность наук о живой природе. Термин «биология предложен в 1802 году независимо друг от друга Ж.Б. Ламарком и немецким ученым Г.Р. Тревиранусом.

Предмет изучения биологии - все проявления жизни, строение и функционирование живых существ, их происхождение и развитие, их взаимодействие друг с другом и с неживой природой. Задачи биологии - изучение биологических закономерностей, раскрытие сущности жизни и ее проявлений с целью познания и управления ими. Современная биология является основой медицины и здравоохранения. Биология образует естественнонаучный фундамент и других видов человеческой деятельности. В биологии выделяют следующие уровни организации:

1. Клеточный, субклеточный и молекулярный уровень: клетки содержат внутриклеточные структуры, которые строятся из молекул.

2. Организменный и органно-тканевой уровень: у многоклеточных организмов клетки составляют ткани и органы. Органы же, в свою очередь, взаимодействуют в рамках целого организма.

3. Популяционный уровень: особи одного и того же вида, обитающие на части ареала, образуют популяцию.

4. Видовой уровень: свободно скрещивающиеся друг с другом особи обладающие морфологическим, физиологическим, биохимическим сходством и занимающие определённый ареал (район распространения) формируют биологический вид.

5. Биогеоценотический и биосферный уровень: на однородном участке земной поверхности складываются биогеоценозы, которые, в свою очередь, образуют биосферу.

Большинство биологических наук является дисциплинами с более узкой специализацией. Традиционно они группируются по типам исследуемых организмов: ботаника изучает растения; зоология - животных; микробиология - одноклеточные микроорганизмы. Области внутри биологии далее делятся либо по масштабам исследования, либо по применяемым методам: биохимия изучает химические основы жизни; молекулярная биология - сложные взаимодействия между биологическими молекулами; клеточная биология и цитология - основные строительные блоки многоклеточных организмов, клетки; гистология и анатомия - строение тканей и организма из отдельных органов и тканей; физиология - физические и химические функции органов и тканей; этология - поведение живых существ; экология - взаимозависимость различных организмов и их среды.

Передачу наследственной информации изучает генетика. Развитие организма в онтогенезе изучается биологией развития. Зарождение и историческое развитие живой природы - палеобиология и эволюционная биология.

На границах со смежными науками возникают: биомедицина, биофизика (изучение живых объектов физическими методами), биометрия и т. д. В связи с практическими потребностями человека возникают такие направления как космическая биология, социобиология, физиология труда, бионика.

Биология тесно связана с другими науками: химией, физикой, географией, математикой, с компьютерными технологиями.

В результате интеграции биологии с другими науками возникли такие дисциплины как биохимия, иммунология, биофизика, радиология, космическая биология, биогеография, биологическая статистика и другие.

2. Традиционная (натуралистическая) биология

Идея об изменяемости органического мира, идея эволюции стара как мир. Эта идея прослеживается во взглядах древних философов Индии, Китая, Египта, Греции. Так, в Индии школы гарваков и сакхья в начале I тысячелетия до н.э. утверждают идеи эволюции всего материального мира, в т.ч. органического. Наблюдаемая в природе иерархия живых форм привела к идее «лестницы существ» (Аристотель, Г.В. Лейбниц, Ш. Бонне) и в дальнейшем позволила усмотреть явления Эволюции (Ж. Бюффон, Ж.Б. Ламарк и др.). Эти ранние эволюционисты только отмечали факты изменения органических форм, прямых доказательств существования в природе эволюции не было. Ж. Ламарк был первым естествоиспытателем, создавшим целостную концепцию эволюции, содержавшую описание предпосылок (изменчивость и наследственность) и причины эволюции (внутренний закон прогресса и изначальную целесообразность).

Эволюция по Ламарку представлялась как непрерывное поступательное движение от низших форм жизни к высшим. Для объяснения разной степени сложности строения, наблюдаемой среди современных видов, он допускал постоянное самозарождение жизни: предки более высокоорганизованных форм зародились раньше и оттого их потомки ушли дальше по пути прогресса.

Механизмом эволюции Ламарк считал изначально заложенное в каждом живом организме стремление к совершенству, к прогрессивному развитию. Как и почему возникло это стремление, Ламарк не объяснял и даже не считал этот вопрос заслуживающим внимания. Такой же изначальной и не требующей объяснений он считал способность живых существ к адаптивным приспособительным ответам на изменения внешней среды. Ламарк, как и подавляющее большинство его современников, считал, что изменения, возникающие под влиянием среды, могут передаваться по наследству.

Он полагал, что усиленное упражнение органов ведет к их увеличению, а не упражнение - к дегенерации. Так Ламарк объяснял длинный нос муравьеда тем, что его предки из поколения в поколение упражняли нос, принюхиваясь в поисках муравьев. Редукцию глаз у кротов он считал следствием их не упражнения в ряду поколений. Ни Ламарк, ни его последователи не задавались вопросом, а почему, собственно, интенсивное упражнение, использование органа непременно должно вести к его улучшению, усовершенствованию, а не, например, к изнашиванию, как изнашиваются детали машин.

Сама способность к адаптивным реакциям на воздействия среды (модификациям) наследственно обусловлена. Она, как мы увидим дальше, сформировалась под действием естественного отбора. Но модификации не наследуются, поскольку не существует и не может существовать механизма, который приводил бы к изменению структуры ДНК половых клеток параллельно и адекватно тем изменениям, которые происходят в органах и тканях (костях, мышцах) в ходе адаптивных модификаций. Экспериментами ни в одном случае не удалось доказать постулированного Ламарком и его последователями устойчивого наследования потомками признаков, приобретенных их предками.

Ж.-Б. Ламарк был первым, кто предложил развернутую концепцию трансформизма - изменяемости видов. Однако, он не нашел ответа на главный вопрос - в чем причина поразительной приспособленности и приспособляемости живых организмов.

Предложенный им механизм эволюции встретил резкое неприятие большинства биологов его времени и, в известной мере, надолго скомпрометировал саму идею эволюции.

Была построена система животных и растений на основе заложенной еще в середине XIX в. К. Линнеем.

Накопился большой материал о внутривидовой изменчивости организмов, в XIX в. стали появляться обобщения биогеографического характера (А. Гумбольдт, Н. Северцев), еще раньше возникла и стала развиваться эмбриология (К.Ф. Вольф, К.М. Бэр и др.), возникают современная палеонтология (Ж.Кювье и др.), концепция Ч. Ляйеля о геологической эволюции Земли.

Накопившийся огромный фактический материал требовал обобщения, и к середине XIX в. идея эволюции органического мира получила широкое распространение среди многих ученых, но при этом трудность заключалась не в принятии самой идеи эволюции, а во вскрытии естественнонаучной причины процесса.

3. Физико-химическая биология: методы и познавательные возможности

Физико-химическая биология - комплексная наука о физико-химических основах жизнедеятельности организмов. Включает биохимию, биофизику, молекулярную биологию и биоорганическую химию. Термин широко употребляется с конца 70-х годов XX века.

Биохимия (биологическая, или физиологическая химия) - наука о химическом составе живых клеток и организмов и о химических процессах, лежащих в основе их жизнедеятельности. Термин «биохимия» эпизодически употреблялся с середины XIX века, но в классическом смысле он был предложен и введен в научную среду в 1903 году немецким химиком Карлом Нейбергом.

Биофизика - это наука о физических процессах, протекающих в биологических системах разного уровня организации и о влиянии на биологические объекты различных физических факторов. Биофизика призвана выявлять связи между физическими механизмами, лежащими в основе организации живых объектов и биологическими особенностями их жизнедеятельности.

Молекулярная биология - комплекс биологических наук, изучающих механизмы хранения, передачи и реализации генетической информации, строение и функции нерегулярных биополимеров (белков и нуклеиновых кислот).

Биоорганическая химия - изучает связь между строением органических веществ и их биологическими функциями. Объекты исследований: биополимеры, витамины, гормоны, антибиотики и др. Сформировалась в самостоятельную область в 50-х годах XX века на стыке биохимии и органической химии. Биоорганическая химия тесно связана с практическими задачами медицины, сельского хозяйства, химической, пищевой и микробиологической промышленности.

На протяжении всей истории развития биологии физические и химические методы были важнейшим инструментом исследования биологических явлений и процессов живой природы. Важность внедрения таких методов в биологию подтверждают экспериментальные результаты, полученные с помощью современных методов исследования, зародившихся в. смежных отраслях естествознания - физике и химии. В этой связи неслучайно в 1970-х годах в отечественном научном лексиконе появился новый термин «физико-химическая биология», состоящий из привычных и давно известных нам слов. Появление этого термина свидетельствует не только о синтезе физических, химических и биологических знаний, но и о качественно новом уровне развития естествознания, в котором происходит непременно взаимное обеспечение отдельных его отраслей. Физико-химическая биология содействует сближению биологии с точными науками - физикой и химией, а также становлению естествознания как единой науки о природе.

В физико-химической биологии широко применяются различные методы фракционирования, основанные на том или ином физическом либо химическом явлении. Довольно эффективный метод фракционирования предложил русский биолог и биохимик М.С. Цвет (1872-1919). Сущность его метода заключается в разделении смеси веществ, основанном на поглощении поверхностью твердых тел компонентов разделенной смеси, на ионном обмене и на образовании осадков.

Радиоспектроскопия, скоростной рентгеноструктурный анализ, ультразвуковое зондирование и многие другие современные средства исследования составляют арсенал методов прижизненного анализа. Все эти методы не только широко применяются в физико-химической биологии, но и взяты на вооружение современной медициной. Характерная особенность современной физико-химической биологии - ее стремительное развитие. Трудно перечислить все ее достижения, но некоторые из них заслуживают особого внимания. В 1957 г. был реконструирован вирус табачной мозаики из составляющих его компонентов. В 1968- 1971 гг. произведен искусственный синтез гена для одной из транспортных молекул путем последовательного введения в пробирку с синтезируемым геном новых нуклеотидов.

Весьма важными оказались результаты исследований по расшифровке генетического кода: было показано, что при введении искусственно синтезированных молекул в бес клеточную систему, т. е. систему без живой клетки, обнаруживаются информационные участки, состоящие из трех последовательных нуклеотидов, являющихся дискретными единицами генетического кода.

Авторы этой работы - американские биохимики М. Ниренберг (р. 1927), X. Корана (р. 1922) и Р. Холли (р.1922).

Расшифровка различных видов саморегуляции - также важное достижение физико-химической биологии.

Саморегуляция как характерное свойство живой природы проявляется в разных формах, таких, как передача наследственной информации - генетического кода; регуляция биосинтетических процессов белка (ферментов) в зависимости от характера субстрата и под контролем генетического механизма; регуляция скоростей и направлений ферментных процессов; регуляция роста и морфогенеза, т.е. образования структур разного уровня организации; регуляция анализирующей и управляющей функций нервной системы.

Живые организмы - весьма сложный объект для исследований. Но все же современные технические средства позволяют все глубже и глубже проникнуть в тайны живой материи.

4. Эволюционная биология: становление, задачи, содержание

Эволюция в широком смысле этого слова обозначает постепенное изменение сложных систем во времени. Термин «эволюция» (от лат. evolutio -развертывание) был впервые введен швейцарским эмбриологом Ж. Боннэ в 1762 году.

Говорят об эволюции звезд и галактик, ландшафтов и биоценозов, языков и общественных систем.

Биологическая эволюция - это наследственное изменение свойств и признаков живых организмов в ряду поколений. В ходе биологической эволюции достигается и постоянно поддерживается согласование между свойствами живых организмов и условиями среды, в которой они живут. Поскольку условия постоянно меняются, в том числе и в результате жизненной активности самих организмов, а выживают и размножаются только те особи, которые наилучшим образом приспособлены к жизни в измененных условиях среды, то свойства и признаки живых существ постоянно меняются.

Условия жизни на Земле бесконечно разнообразны, поэтому приспособление организмов к жизни в этих разных условиях породило в ходе эволюции фантастическое разнообразие жизненных форм.

Эволюционная биология - это наука, которая изучает, как происходила и происходит эволюция, исследует механизмы, закономерности и пути эволюции. Эволюционная биология дает ключ к пониманию принципов, по которым устроена жизнь на Земле.

Базируясь на знании эволюционной истории живых организмов и понимании процессов, которые определяют их наследственные изменения и приспособление друг к другу и окружающей среде, эволюционная биология дает объяснение всем биологическим явлениям: от молекулярных до биосферных. Она объясняет, как и почему ныне живущие организмы, включая нас самих, стали такими, какие они сейчас. Эволюционная биология внесла фундаментальный вклад в понимание того, как устроен мир вокруг нас и какое место мы занимаем в этом мире.

Идеи, методы и подходы эволюционной биологии внесли и продолжают вносить фундаментальный вклад во многие отрасли биологии, такие как генетика, молекулярная биология и биология развития, физиология, экология, а также в геологию, палеонтологию, медицину, сельскохозяйственные науки, психологию, антропологию, информатику и другие науки.

Понимание механизмов эволюции чрезвычайно важно для разработки методов сохранения фауны и флоры. Без анализа механизмов эволюции популяций исчезающих видов невозможна разработка эффективных методов их сохранения в природе.

Изучение и сравнение геномов различных видов позволяет выделять гены, которые могут оказаться полезными для повышения продуктивности культивируемых растений и домашних животных. Тот же подход используется для выделения и картирования генов, вызывающих наследственные болезни человека. Методы и принципы эволюционной биологии позволяют установить механизмы появления и распространения инфекционных болезней, анализировать эволюцию устойчивости патогенных бактерий и вирусов к лекарственным средствам.

Переломным моментом в развитии идей эволюции явилась публикация в 1859 г труда Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь».

Цель эволюции по Дарвину - видообразование.

Главная заслуга Дарвина в том, что он установил механизм эволюции, объясняющий как многообразие живых существ, так и их изумительную целесообразность, приспособленность к условиям существования. Этот механизм - постепенный естественный отбор случайных ненаправленных наследственных изменений. Из множества явлений живой природы он сумел выделить три принципиальных фактора эволюционного развития живого, объединяемых краткой формулой: изменчивость, наследственность, естественный отбор.

Ч. Дарвин не отрицал возможности упрощения организации организмов, а также такого направления, которое не приводит ни к усложнению, ни к упрощению.

Одновременное существование форм с разными уровнями организации можно объяснить сочетанием разных направлений в эволюции.

Для обоснования теории эволюции Ч. Дарвин широко использовал многочисленные доказательства из области палеонтологии, биогеографии, морфологии. Впоследствии были получены факты, воссоздающие историю развития органического мира и служащие новыми доказательствами единства происхождения живых организмов и изменяемости видов в природе.

Против теории Дарвина выступил математик Ф. Дженкин. Он считал, что накопление благоприятных уклонений невозможен, так как при скрещивании они растворяются, разбавляются, становятся пренебрежимо малыми и, наконец, исчезают вовсе.

Решение проблемы давала теория корпускулярной, дискретной наследственности, созданная Г. Менделем (1822-1884). Наследственность дискретна. Каждый родитель передает своему потомку одинаковое количество генов. Гены могут подавлять или модифицировать проявления других генов, но не способны изменять информацию, записанную в них. Иначе говоря, гены не изменяются при слиянии с другими генами и передаются следующему поколению в той же форме, в какой они получены от предыдущего. В случае неполного доминирования мы действительно наблюдаем у потомков первого поколения промежуточное проявление признаков родителей. Но во втором и последующих поколениях родительские признаки могут вновь проявиться в неизменном виде.

В 1920-х годах был осуществлен синтез дарвинизма и генетики. Решающую роль в осуществлении этого синтеза сыграл выдающийся отечественный генетик С.С. Четвериков. На основании своих работ по анализу природных популяций он пришел к пониманию механизмов накопления и поддержания индивидуальной изменчивости. Одновременно с С.С. Четвериковым к синтезу идей корпускулярной генетики с классическим дарвинизмом пришли Р. Фишер, Дж. Холдейн и С. Райт. Крупный вклад в формирование современной синтетической теории эволюции внесли зоолог Э. Майри палеонтолог Дж. Симпсон. Теория естественного отбора была развита в трудах выдающегося отечественного ученого И. И. Шмальгаузена. Основы экологии, биогеографии, филогенетической систематики и этологии (науки о поведении животных), заложенные в трудах Дарвина, развились в самостоятельные науки и, в свою очередь, внесли важнейший вклад в формирование современных представлений о путях, механизмах и закономерностях эволюции. Важнейшие успехи эволюционной биологии в последние годы были достигнуты, благодаря активному применению в эволюционных исследованиях идей и методов молекулярной генетики и биологии развития. В результате возникла современная синтетическая теория эволюции (часто используется сокращение СТЭ). С одной стороны, современная теория эволюции сложилась как обобщение результатов, полученных в области различных биологических наук. С другой стороны, слово «синтетическая» соответствует коллективному творчеству ее создателей, ведь в разработку современного дарвинизма внесли свой вклад примерно около 50 ученых из 8 стран. Среди них - российские биологи Н.И. Вавилов, Н.П. Дубинин, Н.В. Тимофеев-Ресовский, С.С. Четвериков, И.И. Шмальгаузен, американские ученые С. Райт, Ф.Г. Добржанский, Э. Майр, англичане Р. Фишер, Дж. Б. Холдейн и др.

Современная теория органической эволюции (СТЭ) отличается от дарвиновской тем, что в ней элементарной эволюционной единицей является популяция, а не вид. Популяцией называют совокупности особей одного вида, длительно населяющих определенную часть ареала, свободно скрещивающихся друг с другом и дающих плодовитое потомство, относительно обособленные от других совокупностей этого же вида (от лат. populus - народ, население). Вид представляет собой качественный этап эволюции, который закрепляет ее существенный результат. В ходе эволюции меняется набор генотипов в генофонде популяций. Одни генотипы распространяются, а другие становятся редкими и постепенно исчезают.

Материалом для эволюции служат, как правило, очень мелкие наследуемые изменения - мутации.

Мутационная изменчивость носит случайный и ненаправленный характер. Основным движущим фактором эволюции является естественный отбор, возникающий на основе борьбы за существование.

Эволюция носит дивергентный характер, т.е. один таксон (например, вид) может стать предком нескольких дочерних таксонов, но каждый вид имеет единственный предковый вид.

Эволюция носит постепенный и длительный характер. Видообразование как этап эволюционного процесса представляет собой последовательную смену одной временной популяции чередой последующих временных популяций.

Вид состоит из множества соподчиненных, но репродуктивно не изолированных единиц - подвидов и популяций.

Вид существует как целостное и замкнутое образование. Целостность видов поддерживается миграциями особей из одной популяции в другую, при которых наблюдается обмен аллелями («поток генов»).

Сохранение генофонда популяции описывается основным законом популяционной генетики, сформулированным в 1908 году Дж. Харди и Г. Вайнбергом. Согласно этому закону первоначальные частоты генов в популяции сохраняются, если популяция состоит из бесконечно большого числа особей, которые скрещиваются свободно при отсутствии мутаций, избирательной миграции организмов и давления естественного отбора. Такая идеализированная популяция, называемая генетически стабильной, эволюционировать не будет. В реальной природе условия закона Харди -Вайнберга нарушены: численность организмов конечна, свободное скрещивание ограничено изоляционными барьерами, которые препятствуют случайному подбору брачных пар. Имеют место мутации, отбор, приток и отток из популяции особей с различными генотипами. В соответствии с этим элементарным эволюционным явлением, с которого начинается образование видов, считается изменение генетического состава (генофонда) популяции. Все события и процессы, способствующие преодолению генетической инертности популяций и приводящие к изменению их генофондов, называют элементарными эволюционными факторами. Важнейшими элементарными факторами эволюции являются мутационный процесс, популяционные волны, изоляция и естественный отбор.

Эволюция - единый процесс. Но в СТЭ различают два ее уровня: микроэволюцию (на популяционно-видовом уровне) и макроэволюцию (на надвидовом уровне).

Заключение

Биология - наука о жизни (живой природе), одна из естественных наук, предметом 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 между собой и с окружающей средой. Живые организмы, как известно, обладают пятью важнейшими функциями - ростом, движением, обменом, размножением и приспособлением. Гармоничное развитие всех этих пяти функций - основа жизнедеятельности всех организмов.

Биология как наука занимается различными аспектами жизнедеятельности организмов:

- А. Формами организмов (морфология),

- Б. Строением (анатомия).

Цель науки - объяснить явления и дать обобщение, еще лучше дать прогноз. Научный метод - это наблюдение и эксперимент. При этом крайне важно - достоверность полученных данных.

Биология развивается в трех основных направлениях: традиционная биология, физико-химическая, эволюционная.

Традиционная биология изучает живую природу в ее естественном состоянии.

Основной метод - наблюдение. Главная задача - классификация объектов живой природы. Например, К. Линней описал и классифицировал 1500 растений. Это направление не утратило и вряд ли утратит свои позиции. Биология развивается, одни виды исчезают, другие изменяются, и в будущем научные материалы будут накапливаться в результате непосредственного наблюдения живой материи.

Физико-химическая биология изучает объекты живой природы при помощи физико-химических методов на молекулярном уровне. Основоположниками её являются российские биологи И.П. Павлов, И.И. Мечников, И.М. Сеченов. Она использует современные методы анализа и диагностики: метод рентгеноструктурного анализа, метод меченых атомов, спектральные методы (инфракрасная спектроскопия, УФ-спектроскопия, интерферометрия) и др.

С её помощью расшифрована структура ДНК, расшифрован генетический код, осуществлен искусственный синтез гена одной из транспортных молекул, химический синтез ряда ферментов и т. д.

Эволюционная биология изучает развитие живой природы во времени. Чарльз Дарвин установил движущие силы эволюции, объяснил процесс развития. В XX веке теория Дарвина была расширена и получила название неодарвинизма. Это теория органической эволюции путем естественного отбора признаков, детерминированных генетически.

Для того чтобы признать сформулированную неодарвинистскую эволюционную теорию, необходимо: установить факт изменения форм жизни во времени (эволюция в прошлом); выявить механизм, производящий эволюционные изменения (естественный отбор генов); продемонстрировать эволюцию, происходящую в настоящее время (эволюция в действии).

В настоящее время правильнее говорить о биологии как о комплексе наук, которые непосредственно связаны с изучением живого. В рамках этой системы биологические науки можно разделить по различным направлениям исследований:

1) биология систематических групп (вирусология, микробиология, микология, ботаника, зоология, антропология);

2) изучение различных уровней организации живого (молекулярная биология, цитология, гистология);

3) изучение структуры, свойств и проявлений индивидуальной жизни (анатомия, морфология, физиология, генетика);

4) изучение сообществ живых организмов (этология, биогеография);

5) смежные науки (биохимия, биофизика).

Биологические науки представляют собой теоретическую основу медицины, агрономии, животноводства, а также всех тех отраслей производства, которые связаны с живыми организмами.

Важность изучения биологии определяется тем, что биология - это теоретическая основа медицины. «Медицина, взятая в плане теории, - это прежде всего общая биология», - писал один из крупнейших теоретиков медицины И.В. Давыдовский. биологический эволюция природа

Безусловно, биология - относительно молодая наука, поскольку многие крупнейшие научные достижения в современной биологии установлены с открытием электронного микроскопа, сканирующих оптических систем и радиоэлектроники.

Размещено на Allbest.ru