Студопедия
Новини освіти і науки:
Контакти
 


Тлумачний словник






Поняття про загальну біологію. Зв'язок біології з іншими науками.

Лекція № 1. Біологія в системі природничих наук

Біологія (від грецьк. bios – життя, logos – вчення) – наука про живі організми. Термін “біологія” ввів французький вчений Жан-Батіст Ламарк наприкінці XVIII ст.

Біологія як наука виникла при пізнанні людиною навколишньої природи, у зв'язку з матеріальними умовами життя суспільства, розвитком виробничих відносин, медицини, практичних потреб людини.

Біологія – система наук про живі організми, їхню будову, процеси життєдіяльності, взаємозв’язки між собою та із середовищем існування, про їхню різноманітність та закономірність поширення на планеті. Біологія тепер — складна система наукових дисциплін, кожна з яких має свої завдання, свої методи й об'єкти дослідження.

Поділ біології на окремі наукові дисципліни визначається передусім місцем організмів у системі. Своєрідні особливості рослинних і тваринних організмів зумовили насамперед диференціацію двох основних галузей біології — ботаніки, що всебічно вивчає рослини, і зоології — науки про тварин. Багато розділів ботаніки і зоології оформилось в самостійні науки. Так, наприклад, з ботаніки виділились науки: про бактерії — бактеріологія, про водорості — альгологія, про гриби — мікологія, про лишайники — ліхенологія, про мохи — бріологія та ін. У 20 ст. розвинулась вірусологія. Зоологія також поділяється на ряд наук, кожна з яких вивчає певну групу тварин. Так, одноклітинних вивчає протозоологія, паразитичних червів — гельмінтологія, ракоподібних — карцинологія, павукоподібних — арахнологія, комах — ентомологія, молюсків — малакологія, риб — іхтіологія, земноводних — батрахологія, плазунів — герпетологія, птахів — орнітологія, ссавців — мамаліологія (теріологія). Крім того, розрізняють ще гідробіологію — науку, що вивчає життя організмів у водному середовищі, паразитологію — науку про паразитичні організми та боротьбу з ними.

Будову організмів та її зміни в індивідуальному й історичному розвитку досліджує морфологія, яка є базою для розвитку інших біологічних наук. Для вивчення внутрішньої будови організмів морфологія користується методом розтинів та зрізів, тому цей її розділ відомий ще під назвою анатомії. Застосування порівняльного аналізу внутрішніх структур дало можливість зробити ряд важливих узагальнень. Без порівняльної анатомії неможливе розв'язання такої важливої проблеми, як еволюція органічного світу.

Мікроскопічне дослідження найтоншої будови тіла організмів, недоступної для неозброєного людського ока, здійснює наука про тканини — гістологія. Паралельно з порівняльною анатомією розвинулась порівняльна гістологія. Мікроскопічне дослідження будови клітин привело до розвитку клітинної біології — науки про будову, хімічний склад, фізіологічні властивості та розвиток цієї основної структурної одиниці живих істот.

Морфологічні науки тісно переплітаються з фізіологією, яка вивчає життєві функції організмів, тобто процеси їхньої життєдіяльності (рух, харчування, дихання, кровообіг, виділення, передачу нервового збудження тощо). З фізіологією близько споріднена біохімія, або фізіологічна хімія, яка досліджує хімічні процеси, що лежать в основі обміну речовин, провадить хімічний аналіз тканин та різних виділень організму.

Взаємовідношення і взаємодію організму та зовнішнього середовища вивчає екологія. Важливим її розділом є ценологія, яка вивчає біоценози. З даних екології і ценології виходить у своїх висновках біогеографія, яка поділяється на фітогеографію (географія рослин) і зоогеографію (географія тварин).

Індивідуальний розвиток організмів (онтогенез) поділяється на два етапи — ембріональний (зародковий) і постембріональний (післязародковий). Закономірності ембріонального розвитку вивчає ембріологія, яка, природно, поділяється на ембріологію рослин та ембріологію тварин і людини. Питання спадковості й мінливості організмів досліджує генетика.

Біологія тісно пов'язана з іншими природничими та гуманітарними науками. Унаслідок взаємодії з хімією виникла біохімія, а з фізикою – біофізика. Біогеографія – комплексна наука про поширення живих організмів на Землі – розроблена зусиллями кількох поколінь учених, що вивчали флору, фауну, угруповання видів у різних географічних частинах нашої планети. В усіх галузях біології застосовують математичні методи обробки зібраного матеріалу.

Унаслідок взаємодії екології з гуманітарними науками виникла соціоекологія (вивчає закономірності взаємодії людського суспільства та навколишнього природного середовища), а взаємодія біології людини з гуманітарними науками сформувала антропологію – науку про походження та еволюцію людини як особливого біосоціального виду, людські раси тощо.

Філософія біології – наука, що виникла внаслідок взаємодії класичної філософії з біологією. Вона вивчає проблеми світосприйняття у світлі досягнень біології.

Дані біологічних наук про людину (анатомії, фізіології, генетики людини тощо) слугують теоретичною базою медицини (науки про здоров'я людини та його збереження, захворювання, методи їхньої діагностики та лікування)

У другій половині ХХ ст. завдяки успіхам різних природничих наук (фізики, математики, кібернетики, хімії та інших) сформувалися нові напрями біологічних досліджень:

§ космічна біологія – вивчає особливості функціонування живих систем в умовах космічних апаратів і Всесвіту;

§ біоніка – досліджує особливості будови та життєдіяльності організмів з метою створення різних технічних систем і приладів;

§ радіобіологія – наука про вплив різних видів іонізуючого випромінювання на живі системи;

§ кріобіологія – наука про вплив на живу матерію низьких температур.

Сучасне суспільство часто стикається з проблемами, що виникають на стику з іншими науками. Наприклад, для оцінки наслідків антропогенних впливів на живі системи (як-от, радіаційних, хімічних тощо) потрібні спільні зусилля біологів, медиків, фізиків, хіміків та ін. Створення біоінформаційних технологій (наприклад, для вивчення структури і функцій наборів спадкової інформації організмів) неможливо без спеціальних комп'ютерних програм. Вивчення спадкових хвороб людини – також завдання для багатьох наук (генетики, біохімії, медицини тощо).

 

2. Короткий нарис з історії розвитку біологічної науки.

Людина як складова частина природи ще з давніх-давен прагнула вивчати тих тварин і рослини, які її оточували, адже від цього залежало її виживання. Перші спроби впорядкувати накопичені дані про будову тварин і рослин, процеси їхньої життєдіяльності й різноманітність належать ученим Давньої Греції – Арістотелю та Теофрасту. Арістотель створив першу наукову систему для близько 500 видів відомих на той час тварин та заклав підвалини порівняльної анатомії. Вважав, що жива матерія виникла з неживої. Теофраст (372-287 рр. до н. е.) описав різні органи рослин та заклав основи ботанічної класифікації.

Системи живої природи цих двох вчених стали підґрунтям для розвитку європейської біологічної науки та істотно не змінювались аж до VIII ст. н. е.

У період середньовіччя (V-XV ст. н. е.) біологія розвивалася здебільшого як описова наука. Накопичені факти в ті часи часто були спотвореними. Приміром, трапляються описи різних міфічних істот, як-от «морського монаха», що ніби з'являвся морякам перед штормом, або морських зірок з обличчям людини тощо.

В епоху Відродження швидкий розвиток промисловості, сільського господарства, видатні географічні відкриття поставили перед наукою нові завдання, чим стимулювали її розвиток. Так, з винайденням світлового мікроскопа пов'язане становлення цитології. Світловий мікроскоп з окуляром та об'єктивом з'явився на початку XVII ст., однак його винахідник достеменно невідомий; зокрема, великий італійський вчений Г. Галілей демонстрував винайдений ним дволінзовий збільшувальний прилад ще в 1609 р. А 1665 року, вивчаючи за допомогою вдосконаленого власноруч мікроскопа тоненькі зрізи корка бузини, моркви та ін., Роберт Гук відкрив клітинну будову рослинних тканин і запропонував сам термін клітина. Приблизно в цей самий час голландський натураліст Антоні ван Левенгук виготовив унікальні лінзи з 150-300-кратним збільшенням, через які вперше спостерігав одноклітинні організми (одноклітинні тварини й бактерії), сперматозоїди, еритроцити та їхній рух у капілярах.

Усі накопичені наукові факти про різноманіття живого узагальнив видатний шведський учений XVIII ст. Карл Лінней. Він наголошував на тому, що в природі існують групи особин, які нагадують одна одну за особливостями будови, потребами до довкілля, заселяють певну частину поверхні Землі, здатні схрещуватися між собою та давати плідних нащадків. Такі групи, кожна з яких має певні відмінності від інших, він вважав видами. Лінней започаткував сучасну систематику, а також створив власну класифікацію рослин і тварин. Він ввів латинські наукові назви видів, родів та інших систематичних категорій, описав понад 7500 видів рослин і близько 4000 видів тварин.

Важливий етап у розвитку біології пов'язаний зі створенням клітинної теорії та розвитком еволюційних ідей.

Зокрема, було виявлено ядро в клітині: уперше його 1828 року спостерігав у рослинній клітині англійський ботанік Роберт Броун (1773-1858), який згодом (1833) запропонував термін «ядро». 1830 року ядро яйцеклітини курки описав чеський дослідник Ян Пуркіне (1787-1869). Спираючись на праці цих учених та німецького ботаніка Маттіаса Шлейдена (1804-1881), німецький зоолог Теодор Шванн 1838 року сформулював основні положення клітинної теорії, згодом доповнені німецьким цитологом Рудольфом Вірховим (1821-1902).

На початку ХІХ ст. Жан-Батіст Ламарк запропонував першу цілісну еволюційну гіпотезу (1809), звернув увагу на роль чинників навколишнього середовища в еволюції живих істот. Найвагоміший внесок у подальший розвиток еволюційних поглядів зробив один з найвидатніших біологів світу – англійський учений Чарльз Дарвін. Його еволюційна гіпотеза (1859) започаткувала теоретичну біологію й значно вплинула на розвиток інших природничих наук. Учення Ч. Дарвіна згодом було доповнене і розширене працями його послідовників і як завершена система поглядів під назвою «дарвінізм» остаточно сформувалося на початку ХХ ст. Найбільшу роль у розвитку дарвінізму того часу відіграв знаменитий німецький учений Ернст Геккель, який, зокрема, запропонував 1866 року назву науки про взаємозв'язки організмів та їхніх угруповань з умовами середовища життя – екологія. Він намагався з'ясувати та схематично зобразити шляхи еволюції різних систематичних груп тварин і рослин, заклавши основи філогенії.

Важливий внесок у розвиток учення про вищу нервову діяльність та фізіологію травлення хребетних тварин і людини зробили російські вчені – Іван Михайлович Сєченов та Іван Петрович Павлов.

У середині XIX ст. були закладені підвалини науки про закономірності спадковості й мінливості організмів – генетики. Датою її народження вважають 1900 рік, коли три вчені, які робили досліди з гібридизації рослин, – голландець Гуго де Фріз (1848-1935) (йому належить термін мутація), німець Карл Еріх Корренс (1864-1933) та австрієць Еріх Чермак (1871-1962) – незалежно один від одного натрапили на забуту працю чеського дослідника Грегора Менделя «Досліди над рослинними гібридами», видану ще 1865 року. Ці вчені були вражені тим, наскільки результати їхніх дослідів збігалися з отриманими Г. Менделем. Згодом закони спадковості, встановлені Г. Менделем, сприйняли науковці різних країн, а ретельні дослідження довели їхній універсальний характер. Назву «генетика» запропонував 1907 року англійський учений Уільям Бетсон (1861-1926). Величезний внесок у розвиток генетики зробив американський учений Томас Хант Морган зі своїми співробітниками. Підсумком їхніх досліджень стало створення хромосомної теорії спадковості, яка вплинула на подальший розвиток не лише генетики, а й біології в цілому. Нині генетика стрімко розвивається і посідає одне з центральних місць у біології.

Наприкінці XIX ст. (1892) російський учений Дмитро Йосипович Івановський (1864-1920) відкрив неклітинні форми життя – віруси. Цю назву невдовзі запропонував голландський дослідник Мартин Віллем Бейєринк (18511931). Однак розвиток вірусології став можливий лише з винайденням електронного мікроскопа (30-ті роки XX ст.), здатного збільшувати об'єкти досліджень у десятки й сотні тисяч разів. Завдяки електронному мікроскопу людина змогла детально вивчити клітинні мембрани, найдрібніші органели та включення.

У XX ст. бурхливо розвивалися молекулярна біологія, генетична інженерія, біотехнологія тощо. Американський учений – біохімік Джеймс Уотсон, англійські – біолог Френсис Крік та біофізик Морріс Уілкінс (1916-2004) у 1953 році відкрили структуру ДНК (за це їм 1962 року присуджено Нобелівську премію в галузі фізіології та медицини), а згодом з'ясували роль нуклеїнових кислот у збереженні й передачі спадкової інформації.

Два біохіміки – іспанець Северо Очоа (1905-1993) та американець Артур Корнберг (1918-2001) стали лауреатами Нобелівської премії в галузі фізіології та медицини 1959 року за відкриття механізмів біосинтезу РНК і ДНК. А протягом 1961-1965 років завдяки роботам лауреатів Нобелівської премії в галузі фізіології та медицини 1968 року американських біохіміків Маршалла Ніренберга (1927-2010), Роберта Холлі (1922-1993) та індійського біохіміка Хара Гобінда Хорани (1922-2010) було розшифровано генетичний код і з'ясовано його роль у синтезі білків.

У розробці біотехнологічних процесів часто застосовують методи генетичної та клітинної інженерії. Генетична інженерія - це прикладна галузь молекулярної генетики та біохімії, яка розробляє методи перебудови спадкового матеріалу організмів вилученням або введенням окремих генів чи їхніх груп. Поза організмом гени вперше синтезував 1969 року Х.Г. Хорана. Того ж року вперше вдалося виділити в чистому вигляді гени бактерії – кишкової палички. За останні десятиріччя вчені розшифрували структуру спадкового матеріалу різних організмів (мух-дрозофіл, кукурудзи та ін.), і людини зокрема. Це дає можливість вирішити багато проблем, наприклад, лікування різноманітних хвороб, збільшення терміну життя людини, забезпечення людства продуктами харчування та ін.

За свої дослідження в галузі біохімії отримали Нобелівську премію по фізіології та медицині 1953 року два біохіміки німецького походження – англійський Ханс Адольф Кребс (1900-1981) та американський Фріц Альберт Ліпман (1899-1986) за відкриття циклу біохімічних реакцій під час кисневого етапу енергетичного обміну (названий циклом Кребса). Американський хімік Мелвін Калвін (1911-1997) вивчив етапи перетворення карбон (ІІ) оксиду на вуглеводи під час темнової фази фотосинтезу (цикл Кельвіна), за що отримав Нобелівську премію з хімії в 1961 році. 1997 року американському лікарю-біохіміку Стенлі Прузінеру (1942 р. н.) було присуджено Нобелівську премію з фізіології та медицини за дослідження пріонів - білкових інфекційних частинок, здатних спричиняти смертельно небезпечні захворювання головного мозку людини та сільськогосподарських тварин («коров'ячий сказ» та ін.).

Важливий внесок у розвиток біології належить українським ученим. Зокрема, дослідження Олександра Онуфрійовича Ковалевського та Івана Івановича Шмальгаузена відіграли важливу роль у розвитку порівняльної анатомії тварин, філогенії та еволюційних поглядів. Ілля Ілліч Мечников відкрив явище фагоцитозу і розвинув теорію клітинного імунітету, за що йому було присуджено Нобелівську премію з фізіології та медицини в 1908 році. Він також запропонував гіпотезу походження багатоклітинних тварин. О.О. Ковалевського та І.І. Мечникова справедливо вважають засновниками еволюційної ембріології. Всесвітню славу українській ботанічній школі приніс Сергій Гаврилович Навашин, який 1898 року відкрив процес подвійного запліднення у квіткових рослин.

Важко уявити сучасний розвиток екології без праць нашого видатного співвітчизника – Володимира Івановича Вернадського. Він створив учення про біосферу – єдину глобальну екосистему планети Земля, а також ноосферу – новий стан біосфери, спричинений розумовою діяльністю людини. Як це часто буває, ідеї В.І. Вернадського випередили свій час. Лише тепер його прогнози про ноосферу розглядають як своєрідну програму, покликану забезпечити гармонійне співіснування людини та навколишнього природного середовища, яке спирається на екологізацію всіх сфер діяльності людини: промисловості, транспорту, тваринництва та рільництва. В.І. Вернадський започаткував нову науку - біогеохімію, що вивчає біохімічну діяльність живих організмів з перетворення геологічних оболонок нашої планети.

Великі досягнення в українській ботанічній науці належать Олександру Васильовичу Фоміну, Миколі Григоровичу Холодному, Миколі Миколайовичу Гришку (1901-1964), зоологічній – Карлу Федоровичу Кесслеру (1815-1881), Володимиру Опанасовичу Караваєву (1864-1939), Вадиму Олександровичу Топачевському (1930-2004), радіобіології – Дмитру Михайловичу Гродзинському (1929 р. н.), генетиці - Сергію Михайловичу Гершензону, фізіології людини і тварин – Олександру Олександровичу Богомольцю, Василю Юрійовичу Чаговцю (1873-1941), Платону Григоровичу Костюку, біохімії – Олександру Володимировичу Палладіну, Миколі Євдокимовичу Кучеренку (1938-2008), мікробіології – Данилу Кириловичу Заболотному, паразитології – Олександру Прокоповичу Маркевичу (1905-1999) та багатьом іншим.

 

3. Загальний план будови живих організмів.

Поняття наука визначається, як «сфера людської діяльності з отримання, систематизації об’єктивних знань про дійсність». Відповідно до цим визначенням об’єктом науки біології є життя у всіх її проявах і формах, а також на різних рівнях.

Біологія — наука, що вивчає властивості живих систем. Проте визначити, що таке жива система, досить складно. Саме тому вчені встановили кілька критеріїв, за якими організм можна віднести до живих. Головними з цих критеріїв є обмін речовин або метаболізм, самовідтворення і саморегуляція.

Живі системи мають спільні ознаки:

Клітинна будова — всі існуючі на Землі організми складаються з клітин. Винятком є віруси, що проявляють властивості живого тільки в інших організмах.

Обмін речовин — сукупність біохімічних перетворень, що відбуваються в організмі та інших біосистемах.

Саморегуляція — підтримання сталості внутрішнього середовища організму (гомеостазу). Стійке порушення гомеостазу веде до загибелі організму.

Подразливість — здатність організму реагувати на зовнішні та внутрішні подразники (рефлекси у тварин і тропізми, таксиси і настії у рослин).

Мінливість — здатність організмів набувати нових ознак і властивості в результаті впливу зовнішнього середовища і змін спадкового апарату — молекул ДНК.

Спадковість — здатність організму передавати свої ознаки з покоління в покоління.

Репродукція або самовідтворення — здатність живих систем відтворювати собі подібних. В основі розмноження лежить процес подвоєння молекул ДНК з подальшим поділом клітин.

Ріст і розвиток — всі організми ростуть протягом свого життя; під розвитком розуміють як індивідуальний розвиток організму, так і історичний розвиток живої природи.

Відкритість системи — властивість всіх живих систем пов’язане з постійним надходженням енергії ззовні і видаленні продуктів життєдіяльності. Іншими словами організм живий, поки в ньому відбувається обмін речовинами та енергією з навколишнім середовищем.

Здатність до адаптації — в процесі історичного розвитку і під дією природного відбору організми набувають пристосування до умов навколишнього середовища (адаптації). Організми, що не володіють необхідними пристосуваннями, вимирають.
Спільність хімічного складу. Головними особливостями хімічного складу клітини і багатоклітинного організму є сполуки вуглецю — білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти. У неживій природі ці сполуки не утворюються.

Спільність хімічного складу живих систем і неживої природи говорить про єдність і зв’язку живої і неживої матерії. Весь світ являє собою систему, в основі якої лежать окремі атоми. Атоми, взаємодіючи один з одним, утворюють молекули. З молекул в неживих системах формуються кристали гірських порід, зірки, планети, всесвіт. З молекул, що входять до складу організмів формуються живі системи — клітини, тканини, організми. Взаємозв’язок живих і неживих систем чітко проявляється на рівні біогеоценозів і біосфери.

 




<== попередня сторінка | наступна сторінка ==>
Характеристика основних функцій інвестиційного менеджменту в розрізі окремих груп | Рівні організації живої матерії.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

 

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.


Генерація сторінки за: 0.002 сек.