Задумывались ли вы о жизни и смерти? Наверное, каждый мыслящий человек рано или поздно это делает. Чаще других думают о жизни ученые-биологи, ведь биология - это и есть наука о жизни, а следовательно, и о смерти. На этом уроке речь пойдет о развитии биологии. Вы познакомитесь с достижениями этой комплексной науки и учеными, которые внесли большой вклад в её развитие за последние две с половиной тысячи лет. Краткий обзор истории биологии включает работы Гиппократа, Аристотеля, Теофраста, Леонардо да Винчи, Антони ван Левенгука, Карла Максимовича Бэра, Жана Батиста Ламарка и великого Чарльза Дарвина, автора основной теории современной биологии - теории эволюции.
Рис. 1. 1. Представители царства Архебактерии, открытые в ХХ веке ()
Эволюционная биология изучает происхождение живых организмов. В девятнадцатом веке автор теории эволюции, Чарльз Дарвин (рис. 2), начинал свою работу как учёный натуралист: он путешествовал и собирал коллекции животных и растений. Результатом его работы стало создание теории эволюции.
В двадцатом веке соединение идей генетики и теории эволюции (дарвинизма) привело к возникновению синтетической теории эволюции. В основе её лежат труды и идеи Чарльза Дарвина.
Рис. 2. Ч. Дарвин
Физико-химическая биология исследует строение живых объектов при помощи физических и химических методов. Это быстроразвивающееся направление, которое появилось в конце двадцатого века. К ней относятся два основных направления: биохимия и биофизика, которые изучают соответственно химию и физику жизни.
Таким образом, мы рассмотрели основные направления биологии.
Поговорим теперь об ученых, которые сыграли существенную роль в развитии биологии.
(рис. 3) дал первое подробное описание строения организма человека и животных, указал на роль среды и наследственности в развитии болезней, его называют основоположником, или «отцом» медицины.
Рис. 3. Гиппократ
(рис. 4) первым систематизировал природные объекты и разделил их на 4 царства:
1. Неодушевлённый мир воды, земли и воздуха.
2. Растения
3. Животные
Рис. 4. Аристотель
(рис. 5) - изучал растения, им описаны более 500 новых видов растений, даны сведения о строении и размножении многих из них. Написал трактат по психологии. Его называют основоположником, или «отцом» ботаники.
Рис. 5. Теофраст
Леонардо да Винчи был ярчайшим представителем эпохи возрождения. Он изучал полёт птиц, рост растений, способы соединения костей в суставах, работу сердца и зрительную функцию глаза, а также обратил внимание на сходство костей человека и животных (рис. 6).
Рис. 6. Рисунки Леонардо да Винчи (XV век)
Антони ван Левенгук (рис. 7) в семнадцатом веке открыл при помощи микроскопа микроорганизмы.
Рис. 7. А. ван Левенгук
Карл Линней (рис. 8) предложил в XVIII веке наиболее удачную классификацию живых организмов. В шестнадцатом веке, благодаря Великим географическим открытиям, в Европу хлынуло множество чужеземных животных и растений. Возникла потребность в классификации живых организмов. Система Линнея была признана наиболее удачной, и многими её элементами (бинарными названиями), мы пользуемся до сих пор.
Рис. 8. К. Линней
С середины девятнадцатого века биология стала стремительно развиваться благодаря новым идеям (эволюционизм) и методам исследования (микроскопия, биохимия), и это развитие продолжается до сих пор.
Карл Максимович Бэр (рис. 9) сформулировал основные положения теории гомологичных органов и законы зародышевого сходства, заложившие научные основы эмбриологии.
Рис. 9. К. Бэр
В 1808 году, в работе «Философия зоологии» Жан Батист Ламарк (рис. 10) поставил вопрос о причинах и механизмах эволюционных преобразований и изложил первую по времени теорию эволюции органического мира.
Рис. 10. Ж.-Б. Ламарк
Зоологом Теодором Шванном и ботаником Маттиасом Шлейденом (рис. 11) была предложенная клеточная теория, которая научно подтвердила единство живого мира и послужила одной из предпосылок к созданию теории эволюции Чарльзом Дарвином.
Рис. 11. Т. Шванн и М. Шлейден
Чарльз Дарвин на основе многочисленных наблюдений создал и опубликовал труд о происхождении видов путём естественного отбора, в котором сформулировал основные идеи теории эволюции, предложил возможные механизмы эволюции и описал пути эволюционных преобразований организмов.
В конце девятнадцатого века микробиология сформировалась в качестве самостоятельной науки благодаря работам Луи Пастера, Роберта Коха, Ильи Ильича Мечникова .
Рис. 11. Л. Пастер, И. Мечников, П. Эрлих
Кроме этого, работы Ильи Мечникова, Луи Пастера и Пауля Эриха (рис. 11) послужили началом для образования новой дисциплины - иммунологии.
Двадцатый век начался с повторного открытия законов наследования признаков (законов Менделя ), что ознаменовало появление науки генетики. В 40-50-е годы двадцатого века в биологию стали проникать идеи химии и физики, что значительно её обогатило. В середине двадцатого века благодаря открытию структуры молекулы ДНК (рис. 12), биология вышла на новый молекулярный уровень.
Рис. 12. Структура ДНК
В двадцатом веке оформилось новое прикладное направление биологии - биотехнология. Если говорить о перспективах развития этого направления, то оно, по прогнозам ученых, будет стремительно развиваться в XXI веке.
Антони ван Левенгук
В семнадцатом веке в Голландии жил торговец сукном, которого звали Антони ван Левенгук, у него было увлечение - он шлифовал линзы, его двояковыпуклые линзы давали увеличение в 200-270 раз.
Рис. 13. Микроскоп А. ван Левенгука
С помощью увеличительных стёкол и сконструированного им микроскопа (рис. 13), он рассматривал различные предметы: биологические жидкости, волосы, кожу, насекомых.
Рис. 14. Рисунки А. ван Левенгука - объекты, увиденные под микроскопом
Как гласит легенда, однажды он решил при помощи своих увеличительных стёкол взглянуть на каплю дождевой воды. Там он увидел огромное количество мельчайших организмов. Он стал рассматривать другие жидкости, где наблюдал похожую картину - множество мельчайших организмов, он назвал их «зверюшки» или «анималюсы» (рис. 14).
Первыми микроорганизмами, обнаруженными ван Левенгуком, были инфузории, впоследствии он увидел бактерий, которых обнаружил в зубном налёте.
Бактерии имели различную морфологию: это были извитые формы, кокки, стрептококки. Кроме того, что Левенгук описал эритроциты человека и рыб, движение крови в капиллярах.
Карл Линней
Рис. 15. К. Линней
Карл Линней (рис. 15) - шведский учёный-естествоиспытатель, которого в Швеции ценят как краеведа и путешественника, который открыл для шведов их собственную страну, изучил своеобразие её провинций и увидел, как одна провинция может помочь другой.
Ценность для шведов представляет не только его работа по флоре и фауне Швеции, но и описание им собственных путешествий. Эти дневниковые записи, полные конкретики, богатые противопоставлениями, изложенные ясным языком, до сих пор переиздаются и читаются.
Линней - это один из тех деятелей науки и культуры, с именами которых связано становление современного литературного шведского языка. А для биологов Карл Линней интересен как классификатор живых организмов - ученый-систематик. Всю жизнь он посвятил систематизации живой и неживой природы. Основной труд К. Линнея - «Система природы», в нем он описал огромное, количество видов растений и животных (рис. 16, 17).
Рис. 16. Страницы «Системы природы» Карла Линнея
Историческое значение работы Карла Линней состоит в том, что он выдвинул принцип иерархичности систематических категорий (таксонов).
Рис. 17. Перечень таксонов Линнея
Виды объединяются в Роды, Роды в семейства, Семейства в Отряды, Отряды в Классы. Он впервые выделил классы млекопитающих и птиц, объединил человека и обезьян в Отряд приматов, отметив их несомненное сходство.
Луи Пастер
Человек, который своими работами положил начало современной микробиологии, был выдающийся французский исследователь Луи Пастер. Он открыл бескислородную форму жизнедеятельности - процесс брожения. До Пастера брожение считалось чисто химическим процессом, который возникает вследствие того, что химическое вещество - белок или фермент - передаёт своё «активное начало» молекулам субстрата. Так, в результате спиртового брожения, из сахара образуется спирт.
Пастер показал, что при брожении важную роль играют микроорганизмы, то есть продукты брожения являются продуктами жизнедеятельности микроорганизмов.
Луи Пастер обосновал роль микробов как инфекционных агентов в развитии болезней, разработал метод вакцинации, создал вакцины против сибирской язвы и бешенства, методы стерилизации и дезинфекции.
Список литературы
- А.А. Каменский, Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник. Общая биология, 10-11 класс. - М.: Дрофа, 2005. ().
- Д.К. Беляев. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 11-е издание, стереотипное. - М.: Просвещение, 2012. - 304 с. ().
- В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин, Е.Т. Захарова. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень. - 5-е издание, стереотипное. - М.: Дрофа, 2010. - 388 с. ().
- В.И. Сивоглазов, И.Б. Агафонова, Е.Т. Захарова. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 6-е издание, дополненное. - М.: Дрофа, 2010. - 384 с. ().
- Википедия ().
- Bio-cat.ru ().
- Ishpssb.org ().
Домашнее задание
- Какое из направлений биологии самое древнее?
- Какие науки возникают на пересечении биологии с другими естественными науками?
- Какие направления биологии активно развиваются сейчас?
- Как изменило повседневную жизнь людей открытие А. ван Левенгуком микроорганизмов и дальнейшее развитие микробиологии?
- В чем значение работ Ч. Дарвина?
- Какие понятия ввел в науку К. Линней?
- Кто из ученых, описанных в уроке, по вашему мнению, внес наибольший вклад в науку и больше других повлиял на нашу жизнь?
- Расскажите друзьям и родным об истории становления и развития биологии. Как наука биология повлияла на жизнь современного человека?
Подробное решение параграф § 1 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Сивоглазов В.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т. 2014
Вспомните!
Какие достижения современной биологии вам известны?
рентгенология
аппараты УЗИ, ЭМРТ
установление молекулярной структуры ДНК
расшифровка генома человека и других организмов
генная инженерия
3D-биопринтеры
Электронные сканирующие микроскопы
Экстракорпоральное оплодотворение и др.
Каких ученых-биологов вы знаете?
Линней, Ламарк, Дарвин, Мендель, Морган, Павлов, Пастер, Гук, Левенгук, Броун, Пурнинье, Бэр, Мечников, Мичурин, Вернадский, Ивановский, Флеминг, Тенсли, Сукачев, Четвериков, Лайль, Опарин, Шванн, Шлейден, Чаграфф, Навашин, Тимирязев, Мальпиги, Гольджи и др.
Вопросы для повторения и задания
1. Расскажите о вкладе в развитие биологии древнегреческих и древне-римских философов и врачей.
Первым учёным, создавшим научную медицинскую школу, был древнегреческий врач Гиппократ (ок. 460 - ок. 370 до н. э.). Он считал, что у каждой болезни есть естественные причины и их можно узнать, изучая строение и жизнедеятельность человеческого организма. С древних времён и по сей день врачи торжественно произносят клятву Гиппократа, обещая хранить врачебную тайну и ни при каких обстоятельствах не оставлять больного без медицинской помощи. Великий энциклопедист древности Аристотель (384-322 до н. э.). Стал одним из основателей биологии как науки, впервые обобщив биологические знания, накопленные до него человечеством. Он разработал систематику животных, определив в ней место и человеку, которого он называл «общественным животным, наделённым разумом». Многие труды Аристотеля были посвящены происхождению жизни. Древнеримский учёный и врач Клавдий Гален (ок. 130 - ок. 200), изучая строение млекопитающих, заложил основы анатомии человека. В течение следующих пятнадцати веков его труды были основным источником знаний по анатомии.
2. Охарактеризуйте особенности воззрений на живую природу в Средние века, эпоху Возрождения.
Резко возрос интерес к биологии в эпоху Великих географических открытий (XV в.). Открытие новых земель, налаживание торговых отношений между государствами расширяли сведения о животных и растениях. Ботаники и зоологи описывали множество новых, неизвестных ранее видов организмов, принадлежащих к различным царствам живой природы. Один из выдающихся людей этой эпохи - Леонардо да Винчи (1452-1519) - описал многие растения, изучал строение человеческого тела, деятельность сердца и зрительную функцию. После того как был снят церковный запрет на вскрытие человеческого тела, блестящих успехов достигла анатомия человека, что получило отражение в классическом труде Андреаса Везалия (1514-1564) «Строение человеческого тела» (рис. 1). Величайшее научное достижение - открытие кровообращения - совершил в XVII в. английский врач и биолог Уильям Гарвей (1578-1657).
3. Используя знания, полученные на уроках истории, объясните, почему в Средние века в Европе наступил период застоя во всех областях знаний.
После падения Западной Римской империи в Европе наступил застой в развитии наук и ремесла. Этому способствовали феодальные порядки, установившиеся во всех европейских странах, постоянные войны между феодалами, нашествия полудиких народов с востока, массовые эпидемии, а главное - идеологическое закабаление умов широких народных масс римско-католической церковью. В этот период римско-католическая церковь, несмотря на многие неудачи в борьбе за политическое господство, распространила свое влияние во всей Западной Европе. Имея огромную армию духовенства различных рангов, папство фактически добилось полного господства христианской римско-католической идеологии среди всех западноевропейских народов. Проповедуя смирение и покорность, оправдывая существующие феодальные порядки, римско-католическое духовенство вместе с тем жестоко преследовало все новое и прогрессивное. Естественные науки и вообще так называемое светское образование были полностью подавлены.
4. Какое изобретение XVII в. дало возможность открыть и описать клетку?
Новую эру в развитии биологии ознаменовало изобретение в конце XVI в. микроскопа. Уже в середине XVII в. была открыта клетка, а позднее обнаружен мир микроскопических существ - простейших и бактерий, изучено развитие насекомых и принципиальное строение сперматозоидов.
5. Каково значение для биологической науки работ Л. Пастера и И. И. Мечникова?
Труды Луи Пастера (1822-1895) и Ильи Ильича Мечникова (1845-1916) определили появление иммунологии. В 1876 г. Пастер полностью посвятил себя иммунологии, окончательно установив специфичность возбудителей сибирской язвы, холеры, бешенства, куриной холеры и других болезней, развил представления об искусственном иммунитете, предложил метод предохранительных прививок, в частности от сибирской язвы, бешенства. Первая прививка против бешенства была сделана Пастером 6 июля 1885 г. В 1888 г. Пастер создал и возглавил научно-исследовательский институт микробиологии (Пастеровский институт), в котором работали многие известные ученые.
Мечников, обнаружив в 1882 г. явление фагоцитоза, разработал на его основе сравнительную патологию воспаления, а в дальнейшем - фагоцитарную теорию иммунитета, за что получил в 1908 г. Нобелевскую премию совместно с П. Эрлихом. Многочисленные работы Мечникова по бактериологии посвящены вопросам эпидемиологии холеры, брюшного тифа, туберкулеза и других инфекционных заболеваний. Мечников создал первую русскую школу микробиологов, иммунологов и патологов; активно участвовал в создании научно-исследовательских учреждений, разрабатывающих различные формы борьбы с инфекционными заболеваниями.
6. Перечислите основные открытия, сделанные в биологии в XX в.
В середине XX в. в биологию начали активно проникать методы и идеи других естественных наук. Достижения современной биологии открывают широкие перспективы для создания биологически активных веществ и новых лекарственных препаратов, для лечения наследственных заболеваний и осуществления селекции на клеточном уровне. В настоящее время биология стала реальной производительной силой, по развитию которой можно судить об общем уровне развития человеческого общества.
– Открытие витаминов
– Открытие пептидных связей в молекулах белков
– Изучение химической природы хлорофилла
– Описали основные ткани растений
– Открытие структуры ДНК
– Исследование фотосинтеза
– Открытие ключевого этапа в дыхании клеток - цикла трикарбоновых кислот, или цикла Кребса
– Исследование физиологии пищеварения
– Наблюдал клеточное строение тканей
– Наблюдал одноклеточных организмов, клетки животных (эритроциты)
– Открытие ядра в клетке
– Открытие аппарата Гольджи - органоида клетки, метод приготовления микроскопических препаратов нервной ткани, исследование строения нервной системы
– Установил, что одни части зародыша имеют влияние на развитие других его частей
– Сформулировал мутационную теорию
– Создание хромосомной теории наследственности
– Сформулировал закон гомологических рядов в наследственной изменчивости
– Обнаружили усиление мутационного процесса под действием радиоактивного излучения
– Открыл сложную структуру гена
– Открыл значение мутационного процесса в процессах, происходящих в популяциях, для эволюции вида
– Установил филогенетический ряд лошадиных как типовой ряд постепенных эволюционных изменений родственных видов
– Разработали теорию зародышевых листков для позвоночных
– Выдвинул теорию происхождения многоклеточных организмов от общего предка - гипотетического организма фагоцителлы
– Обосновывает наличие в прошлом предка многоклеточных - фагоцителлы и предлагает считать его живой моделью многоклеточное животное - трихоплакса
– Обосновали биологический закон «Онтогенез есть краткое повторение филогенеза»
– Утверждал, что многие органы многофункциональны; в новых условиях среды одна из второстепенных функций может стать более важной и заменить прежнюю главную функцию органа
– Выдвинул гипотезу возникновения билатеральной симметрии живых организмов
7. Назовите известные вам естественные науки, составляющие биологию. Какие из них возникли в конце XX в.?
На границах смежных дисциплин возникали новые биологические направления: вирусология, биохимия, биофизика, биогеография, молекулярная биология, космическая биология и многие другие. Широкое внедрение математики в биологию вызвало рождение биометрии. Успехи экологии, а также всё более актуальные проблемы охраны природы способствовали развитию экологического подхода в большинстве отраслей биологии. На рубеже XX и XXI вв. с огромной скоростью начала развиваться биотехнология - направление, которому, несомненно, принадлежит будущее.
Подумайте! Вспомните!
1. Проанализируйте изменения, произошедшие в науке в XVII-XVIII вв. Какие возможности они открыли перед учёными?
Новую эру в развитии биологии ознаменовало изобретение в конце XVI в. микроскопа. Уже в середине XVII в. была открыта клетка, а позднее обнаружен мир микроскопических существ - простейших и бактерий, изучено развитие насекомых и принципиальное строение сперматозоидов. В XVIII в. шведский натуралист Карл Линней (1707-1778) предложил систему классификации живой природы и ввёл бинарную (двойную) номенклатуру для наименования видов. Карл Эрнст Бэр (Карл Максимович Бэр) (1792-1876), профессор Петербургской медико-хирургической академии, изучая внутриутробное развитие, установил, что зародыши всех животных на ранних этапах развития схожи, сформулировал закон зародышевого сходства и вошёл в историю науки как основатель эмбриологии. Первым биологом, который попытался создать стройную и целостную теорию эволюции живого мира, стал французский учёный Жан Батист Ламарк (1774-1829). Палеонтологию, науку об ископаемых животных и растениях, создал французский зоолог Жорж Кювье (1769-1832). Огромную роль в понимании единства органического мира сыграла клеточная теория зоолога Теодора Шванна (1810-1882) и ботаника Маттиаса Якоба Шлейдена (1804-1881).
2. Как вы понимаете выражение «прикладная биология»?
4. Проанализируйте материал параграфа. Составьте хронологическую таблицу крупных достижений в области биологии. Какие страны в какие временные периоды были основными «поставщиками» новых идей и открытий? Сделайте вывод о связи между развитием науки и другими характеристиками государства и общества.
Страны, в которых произошли основные биологические открытия относятся к развитым и активно развивающимся странам.
5. Приведите примеры современных дисциплин, возникших на стыке биологии и других наук, не упомянутые в параграфе. Что является предметом их изучения? Попробуйте предположить, какие разделы биологии могут возникнуть в будущем.
Примеры современных дисциплин, возникших на стыке биологии и других наук: палеобиология, биомедицина, социобиология, психобиология, бионика, физиология труда, радиобиология.
Разделы биологии могут возникнуть в будущем: биопрограммирование, ИТ-медицина, биоэтика, биоинформатика, биотехнология.
6. Обобщите информацию о системе биологических наук и представьте её в виде сложной иерархической схемы. Сравните схему, созданную вами, с результатами, которые получились у ваших одноклассников. Одинаковы ли ваши схемы? Если нет, объясните, в чём их принципиальные отличия.
1) Человечество не может существовать без живой природы. Отсюда жизненно необходимо сохранять ее
2) Биология возникла в связи с решением очень важных для людей проблем.
3) Одной из них всегда было более глубокое постижение процессов в живой природе, связанных с получением пищевых продуктов, т.е. знание особенностей жизни растений и животных, их изменение под воздействием человека, способов получения надежного и все более богатого урожая.
4) Человек – продукт развития живой природы. Все процессы нашей жизнедеятельности подобны тем, которые происходят в природе. И поэтому глубокое понимание биологических процессов служит научным фундаментом медицины.
5) Появление сознания, означающее гигантский шаг вперед в самопознании материи, тоже не может быть понято без глубоких исследований живой природы, по крайней мере, в 2-х направлениях – возникновение и развитие мозга как органа мышления (до сих пор загадка мышления остается неразрешенной) и возникновение социальности, общественного образа жизни.
6) Живая природа является источником многих необходимых для человечества материалов и продуктов. Нужно знать их свойства, чтобы правильно использовать, знать, где искать их в природе, как получать.
7) Та вода, которую мы пьем, точнее - чистота этой воды, ее качество тоже определяется в первую очередь живой природой. Наши очистные сооружения лишь завершают тот огромный процесс, который незримо для нас происходит в природе: вода в почве или водоеме многократно проходит через тела мириадов беспозвоночных, фильтруется ими и, освобождаясь от органических и неорганических остатков, становится такой, какой мы знаем ее в реках, озерах и ключах.
8) Проблема качества воздуха и воды – одна из экологических проблем, а экология – биологическая дисциплина, хотя современная экология давно перестала быть только ею и включает в себя много самостоятельных разделов, зачастую принадлежащих к разным научным дисциплинам.
9) В результате освоения человеком всей поверхности планеты, развития сельского хозяйства, промышленности, вырубки лесов, загрязнения материков и океанов все большее число видов растений, грибов, животных исчезает с лица Земли. Исчезнувший вид восстановить невозможно. Он является продуктом миллионов лет эволюции и обладает уникальным генофондом.
10) В данный момент особенно быстро развиваются молекулярная биология, биотехнология и генетика.
8. Организационный проект. Выберите важное событие в истории биологии, годовщина которого приходится на текущий или следующий год. Разработайте программу вечера (конкурса, викторины), посвящённого этому событию.
Викторина:
– Разделение на группы
– Вступительное слово – описание события, историческая справка события, ученого
– Придумать название команд (по теме викторины)
– 1 раунд – простой: например, закончить предложение: Защитная реакция растений на изменение длины светового дня (листопад).
– 2 раунд – двойной: например, найди пару.
– 3 раунд – сложный: например, изобразить схему процесса, нарисовать явление.
История биологии насчитывает много веков. Уже первобытным людям необходимо было иметь определенные знания о растениях и животных. В рамках общего развития естественных наук происходило и накопление знаний, ныне принадлежащих к области биологической науки. В трудах философов античности можно найти сведения биологического характера. Аристотель глубочайшим образом продумал теорию органического развития, будучи знатоком естественно-научных дисциплин, прежде всего зоологии, ботаники и связанных с ними проблем элементарных форм живого ощущения процессов жизни. Гиппократ предложил первую теорию, объясняющую инфекционные заболевания. Общий расцвет науки во времена античности сменился, как известно из истории, относительно «прохладным» периодом Средневековья, который характеризуется общим спадом в естественных науках, и в биологии в частности. По понятным причинам на данном этапе люди были знакомы лишь с представителями растительного и животного мира. Огромный толчок развитию биологии и использованию ее плодов, в частности, в медицине дало изобретение в XVII в. микроскопа голландцем А.Левенгуком. Человечество проникло в микромир, расширив свои представления о живом. Надо сказать, что сам факт существования микроорганизмов повлек за собой изменение взглядов на теорию самозарождения жизни. К. Линнеем предложена бинарная номенклатура видов – это также немаловажно, так как позволило систематизировать накопленный обширный, но весьма противоречивый фактический материал. Микроскопические исследования послужили основой для формулировки Т. Шванном и М. Шлейденом положений клеточной теории в XIX в. На рубеже XVIII–XIX вв. трудами Ж. Ламарка, А. Вейсмана, Ж. Кювье, Ч. Лайелла были заложены основы эволюционного учения, ставшего основой современной биологии. Чарльз Дарвин в своем основном труде «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859) обобщил эмпирический материал современной ему биологии и селекционной практики на основе результатов собственных наблюдений во время путешествий, кругосветного плавания на корабле «Бигль» раскрыл основные факторы эволюции органического мира. Эволюционная теория имеет огромное значение не только для биологии, но и для всех естественных наук в целом, примечательно, что эволюционная теория существовала наряду с термодинамикой, описывающей по существу совершенно противоположные процессы. Второе начало термодинамики предсказывает миру все более однообразное будущее, рассеяние и деградацию энергии, упрощение структур. Эволюционная теория, напротив, провозглашает возможность образования сложного из простого, все усложняющееся развитие. Разрешить этот парадокс смогли лишь в XX в. Биология пришла как мощная и разветвленная область научного знания, дифференцирующаяся на ряд дочерних дисциплин, обретших статус полновесных самостоятельных областей. XX в. ознаменовался бурным развитием генетики, селекции, экологии, молекулярной биологии и ряда других дисциплин. В настоящее время на стыке биологических дисциплин с другими областями знаний возникают новые отрасли науки, такие как космическая биология и др.
Развитие биологической науки.
Современная биология представляет собой комплекс наук, изучающих живую природу как особую форму движения материи, законы ее существования и развития. В настоящее время биология характеризуется высочайшей специализацией составляющих ее дисциплин и одновременно тесным их взаимодействием.
В процессе обобщения результатов биологических исследований формируется биологическая картина мира как система фактов, понятий, идей, концепций о строении, функционировании, развитии и самовоспроизведении живых систем. Интеграция наук помогает в решении самых сложных, синтетических по своей природе проблем.
Жирафы. Ламарк.
В результате объединения научных дисциплин произошло интенсивное обогащение биологии фактическим материалом и новыми теориями.
Кроме классических наук биологического цикла (физиология, анатомия, морфология, ботаника, зоология и др.) появился целый ряд молодых наук, которые изучают глубинные, физико-химические основы живого (например, биохимия).
Прогрессивное развитие биологии невозможно без связи с другими, небиологическими науками. Так, например, без знания физики невозможно понять закономерности работы нервной системы организма, без знания химии - разобраться в многообразии процессов, происходящих внутри клетки, без математики - грамотно обработать результаты биологических исследований и т. д. В настоящее время выделяют три направления в биологии:классическая,эволюционная,физико-химическая.
Фундамент современной биологии заложен учеными далекого прошлого.
Наука в современном понимании этого слова сформировалась в XVII веке, когда в нее повсеместно был введен научный метод. Однако некоторые фундаментальные представления о живой природе родились гораздо раньше.
Гиппократ (460 -370 до н.э.) основоположник медицины, дал первое подробное описание строения человека и животных, указал на роль среды и наследственности в возникновении болезней.
Аристотель (384-322 гг. до н. э.) по праву считается «отцом зоологии». Он изучал не только видовое разнообразие животных, их внешний облик, повадки, но и достаточно детально исследовал внутреннее строение животного организма. При этом он анатомировал животных. Итогом многоаспектных исследований явилось открытие Аристотелем третьего века у птиц, рудиментарных глаз у крота, звуковых органов сверчка. Тщательно изучал Аристотель развитие зародышей. Им лично описано более 500 видов животных, создана первая в мире классификация животных.
Аристотель дал первое определение жизни, понимая под ней «всякое питание, рост и упадок тела, имеющие основания в нем самом». Ученый впервые выдвинул принцип «лестницы существ», в соответствии с которым представители различных систематических групп животных выстроены в порядке возрастания сложности. На самой верхней ступени этой лестницы находится человек, несколько ниже - «живородящие» (то есть млекопитающие), а на самой нижней ступени находятся «черепокожие» (то есть брюхоногие и двустворчатые моллюски).
Прогрессивные взгляды Аристотеля намного опередили свое время, однако и он не смог избежать некоторых наивных представлений о живой природе. В этом проявилось влияние на личность той эпохи, в которой она существует. Аристотель считал, что рыбы и моллюски могут самозарождаться из морского ила, а черви - из гниющего вещества. Он также был сторонником идеи «изначальной целесообразности», якобы присущей всем живым существам. Наблюдая природу в разных ее проявлениях, Аристотель, однако, не имел представления о целенаправленном научном эксперименте. В своих научных трудах он практически не применял математики, без которой исследования последних столетий просто немыслимы. Однако несомненно, что вклад Аристотеля в развитие представлений о живой природе был огромен и создал прочный фундамент для успешного и последовательного формирования впоследствии биологической картины мира.
Клавдий Гален (130-200 гг. н. э.) ввел в практику биологического познания физиологический эксперимент на живых подопытных животных Именно он впервые и достаточно убедительно для того времени доказал роль нервов как проводников неких сигналов, идущих к рабочим органам. В его исследованиях были установлены функции спинного и головного мозга. Галену удалось доказать ошибочность некоторых существовавших в то время представлений о жизнедеятельности живых организмов. Именно он развеял миф о том, что артерии якобы служат для проведения воздуха внутри организма. В то же время Гален ошибочно полагал, что вены и артерии - это две независимые системы, а сердце человека - это смеситель артериальной и венозной крови.
Исследования Аристотеля, Галена и многих других ученых античного этапа развития биологии легли в основу натурфилософских представлений, сущность которых можно изложить следующим образом:
1.Все живые и неживые тела построены в общем из одних и тех же элементов. 2.Живое отличается от неживого целесообразностью своего устройства, гармонией работы всех органов. 3.Любой природный объект в большей или меньшей степени обладает душой. 4.Вселение души непрерывно порождает организмы из гниющего ила, тины, грязи и т. д.
Уже в последний период античности, то есть в эпоху упадка Римской империи, естественнонаучные исследования практически прекратились. На протяжении всего средневековья в Европе естественные науки не развивались, так как любые формы изучения живой природы преследовались и могли стоить непокорному жизни.
Расцвет науки и искусства в эпоху Возрождения.
Интересно, что эти две сферы человеческого самовыражения тесно переплетаются друг с другом. История знает немало примеров, когда талантливая или гениальная личность удивительно продуктивно творит и в области науки, и в области искусства. Ярким примером такой личности является
Леонардо да Винчи (1452-1519 гг.). Мы знаем его как гениального художника, но его вклад в развитие естественных наук известен большинству людей в гораздо меньшей степени.Леонардо да Винчи впервые и с присущей ему гениальностью сделал точные изображения мускулов, костей, кровеносных сосудов человеческого тела. По существу, это был первый профессионально выполненный атлас анатомии человека.
Изображение зародышей.
Продолжительное время после смерти Леонардо выполненные им иллюстрации частей человеческого тела с успехом использовались для обучения врачей и будущих ученых, и даже в наше время они имеют не только чисто исторический интерес.
Удивительные многообразие и глубина интересов и склонностей Леонардо да Винчи позволили ему открыть явление гомологии у животных (гомологичные, например, крыло птицы и плавник кита), перистальтику кишечника, достаточно глубоко для того времени исследовать функции отдельных частей нервной системы, правильно понять сущность обмена веществ в организме. Он был одним из первых палеонтологов и считал, что Земля изменяется под действием геологических процессов.
Дальнейшее развитие естественнонаучных представлений связано с именем Андреаса Везалия (1514-1564 гг.), жившего в Брюсселе. Итогом его научного труда явился выход в 1543 году семи книг под общим названием «О строении человеческого тела».
Андреас Везалий получил фундаментальное медицинское образование в Париже. Длительное время он вскрывал и тщательно изучал человеческие трупы, принесенные с кладбищ. Именно он впервые обнаружил клапаны на стенках вен человека, а также исправил около 200 ошибок, в свое время допущенных Галеном. Признание заслуг Везалия коллегами пришло быстро: уже в возрасте 23 лет он был удостоен докторской степени и кафедры, читал лекции в качестве профессора хирургии. Свои лекции он сопровождал вскрытиями, гармонично сочетая при этом теоретические и практические аспекты медицины. Андреас Везалий создал таблицы по анатомии человека, а также впервые изготовил полный его скелет, скрепив кости проволокой. Выдающиеся заслуги Везалия позволяют признать его основоположником современной анатомии.
Английский врач Уильям Гарвей (1578-1657 гг.) выпустил книгу «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных» (1628). Заслугой Гарвея, в частности, является то, что именно он экспериментально доказал наличие замкнутого круга кровообращения у человека, частями которого являются артерии и вены, а сердце - насосом. Уильям Гарвей впервые серьезно применил математику в биологии. Он вычислил количество крови, проходящее через сердце за один час. Получилась величина, сравнимая с весом человека. В конце жизни Гарвей был признан всеми врачами, в том числе даже своими первоначальными критиками и врагами.
Развитие методов биологического исследования тесно связано с историей изучения клеточного строения организмов и в первую очередь - с развитием микроскопической техники. Первый, кто понял и оценил огромное значение микроскопа, был английский физик и ботаник Роберт Гук (1635-1703 гг.). Именно он впервые применил микроскоп для исследования растительных и животных тканей.
Первое изображение живой клетки.
Изучая срез, приготовленный из пробки и сердцевины бузины, Р. Гук заметил, что в их состав входит множество мелких образований, похожих по форме на ячейки пчелиных сот. Это были клетки растительного организма (точнее - оболочки растительных клеток). Ввел термин «клетка».
Антони ван Левенгуком (1632-1723 гг.) Микроскоп, усовершенствованный знаменитым голландским исследователем позволил увидеть живые клетки при увеличении в 270 раз. Левенгук впервые рассмотрел эритроциты и сперматозоиды, обнаружил в капле воды разнообразных простейших животных, многих из них он зарисовал с натуры.
Важным этапом развития биологической науки стал период поиска системы в мире живого. В конце XVIII века возникла необходимость систематизировать накопленный фактический материал о живых организмах, появилась потребность в классификации живых существ. Становление систематики связано с именем шведского ученого Карла Линнея (1707-1778 гг.). Основные итоги его деятельности изложены в работах «Система природы» и «Философия ботаники». Он осуществил классификацию животных и растений на соподчиненные группы, ввел бинарную (двойную) систему названий биологических видов.
В основе деления растений на систематические группы лежало изучение их различий в генеративных органах (то есть в органах, отвечающих за половое размножение). Линней выделил 24 класса растений, причем первые 13 классов отличались друг от друга только по количеству тычинок. Ему удалось также выделить 67 порядков у растений, но интересно, что он при этом нередко ссылался на интуицию и «инстинкт натуралиста».
Линней искал только сходство, но не родство между видами, так как не верил в возможность эволюции. В основу классификации животных Линней положил строение кровеносной и дыхательной систем. Он выделил 6 классов животных: млекопитающие, птицы, гады (в современной трактовке - земноводные и пресмыкающиеся), рыбы, насекомые, черви. К классу червей Линней ошибочно отнес одноклеточных, губок, кишечнополостных, моллюсков, иглокожих.
Несмотря на ошибки, допущенные К. Линнеем, очевиден его гигантский вклад в развитие биологической науки. Он упорядочил представления о многообразии животного и растительного мира, вызвал своими работами интерес к систематике в научном мире, лично впервые описал около 10 000 видов растений и 4200 видов животных, внес много нового в концепцию биологического вида.
Систематика К. Линнея
Жизненный путь К. Линнея был необычен. Его отец был бедным сельским пастором. Возможно, под влиянием отца у Линнея началось формирование философских взглядов, соответствующих господствовавшим в то время метафизическим представлениям. Их суть сводилась к тому, что живая природа возникла в результате творческого акта, биологические виды неизменны, для всех живых существ характерна изначальная целесообразность.
В школе К. Линней считался одним из самых неспособных учеников, потому что мысли его были далеки от душного класса. С раннего детства мальчика околдовал загадочный мир цветов, которым он посвящал очень много времени. По физике и математике оценки у Кар¬ла были хорошие, но знание латыни, греческого и древнегреческого языков исключительно плохим. Многие учителя и одноклассники относились к Карлу с иронией из-за его нелепого увлечения.
К. Линней закончил гимназию с любопытной характеристикой, написанной в совершенно непривычном для нас стиле. Вот один из ее фрагментов. «Гимназист подобен дереву. Случается иногда, хотя редко, что дикая природа дерева, несмотря ни на какие заботы, не поддается культуре. Но, пересаженное в другую почву, дерево облагораживается и приносит хорошие плоды. Только в этой надежде юноша отпускается в университет» где, может быть, он попадет в климат, благоприятный его развитию». Карл поступает в университет, но на обучение катастрофически не хватает денег. Вскоре умирает мать, тяжело болеет отец. Карл собирается бросить обучение, но ему помогает женитьба. Карл просит у будущего тестя денег взаймы и едет в Голландию, чтобы получить степень доктора наук. По возвращении на родину Линней опять испытывает безденежье. Он издает «Систему природы» на деньги друзей. В дальнейшем Линней был избран президентом Шведской академии, стал главой кафедры в родном университете, а впоследствии - ректором, получил орден Полярной Звезды и дворянский титул. До конца своей жизни Карл Линней работал с полной самоотдачей. В его завещании было несколько пунктов. Не выполнен был только один из них - не присылать соболезнований.
Задачи современной биологичесой науки.
Изучение
Строения и закономерностей функционирования организмов;
Многообразия жизни;
Процессов индивидуального и исторического развития;
Характера взаимодействия организмов и среды обитания;
Наследственности и из¬менчивости.
В настоящее время знания в области эмбриологии, микробиологии, палеонтологии, биогеографии, биокибернетики, молекулярной биологии, генетики, экологии стали показателем общей культуры человека. Эволюционное учение, представления о развитии органического мира и происхождении человека, основы экологии и учения о биосфере, цитология, закономерности индивидуального развития организмов, основы генетики и селекции являются предметом изучения комплексной науки общей биологии.
История развития биологической науки.
| Период | Ученые-биологи | Изучаемые проблемы и достижения |
| Древние века (античность) | Аристотель, Гай Плиний Старший, Клавдий Гален | Изучение видового разнообразия, внешнего облика, повадок, внутреннего строения животных. Первые представления о классификации организмов. Разработка методики физиологических опытов, изучение функций нервной системы |
| XV - XVII | Л.да Винчи, А.Визалий, У. Гарвей | Изучение строения тела человека, развитие представлений о физиологии нервной системы и обмене веществ у человека и животных. Первые попытки использования математики для характеристики биологических явлений |
| XVII - XVIII | Р. Гук, М. Мальпиги, А. Левенгук, Дж. Рей, К. Линней | Открытие и изучение клеточного строения растений, мира одноклеточных организмов, эритроцитов, сперматозоидов.
Формирование представлений о биологическом виде, создание классификации органического мира |
Хотя биология как наука сформировалась не так давно, еще первобытные люди интересовались живой природой и имели ряд знаний о ней, благодаря чему они могли лучше выживать. Живой мир для человека как биологического существа является источником средств к существованию, с другой стороны - несет множество угроз для жизни.
В истории биологии первые классификации живых организмов происходили по принципу их пищевой ценности, пригодности для изготовления различных вещей, степени опасности для жизни, возможности использования при лечении различных заболеваний.
К античности относят первые научные труды о растениях и животных. Описание живых существ, а также попытки их систематизации есть у Аристотеля, Теофраста, Диоскорида, Плиния.
В 1735 г. К. Линней ввел бинарную классификацию для видов живых существ. Первое слово вида указывало на его род, а вместе со вторым словом конкретизировался вид. При этом предусматривалось схожесть организмов по строению (схожие относились к близким группам). Принцип Линнея сохранен в современной биологии. Однако систематика организмов претерпела существенные изменения благодаря открытиям в эволюционном учении, генетике и других биологических науках.
Благодаря более ранним открытиям клеточного строения растительных и животных организмов, в 1839 г. Т. Шванн и М. Шлейден разработали клеточную теорию, в которой утверждалось, что все организмы состоят из клеток, чье строение и функционирование схоже у всех живых существ.
Человечество длительный исторический период накапливало знания о разнообразии организмов. При этом становились очевидными некоторые общие закономерности . Так в биологической истории появилась мысль о единстве всего живого на Земле .
Теория эволюции Ч. Дарвина вскрыла единство живого в историческом плане, связав организмы общностью происхождения. Причем степень родства зависит от эволюционной близости групп. Дарвином были объяснены ряд механизмов, которые привели к разнообразию живых организмов.
Следующий важный этап в истории биологии - открытие законов наследственности. Впервые это было сделано Г. Менделем в 1865 году, но его исследования не были приняты научным сообществом всерьез. Законы наследственности были снова открыты и подтверждены в начале XX века рядом ученых. Стал понятен механизм передачи наследственной информации от клетке к клетке, его единство для подавляющего большинства живых организмов.
В XX веке бурно развивалась молекулярная биология, изучающая особенности биологических макромолекул. Была открыта роль нуклеиновых кислот в хранении, передачи и реализации наследственной информации. Опять же, была обнаружена универсальность для всего живого физико-химических механизмов, лежащих в основе наследственности и изменчивости.
Исследования в области экологии в XX веке привели к представлению об экосистеме и постоянно протекающих в ней обмене веществ и потоке энергии. В. И. Вернадским в его учении о биосфере было раскрыто планетарное значение живых организмов.
Важным вопросом в истории биологии, до сих пор нерешенным, является происхождение жизни на Земле. Современное научное большинство склоняется к ее абиогенному происхождению, так как границу между живым и неживым на уровне молекулярной биологии можно считать условной. В лабораторных условиях были синтезированы многие сложные органические вещества из неорганических, что доказывает возможность подобного на ранней Земле.
Загрузка...