Предмет біології. Її структура і етапи розвитку
Біологія - це наука про живе, його будову, формах активності, спільнотах живих організмів, їх поширення і розвитку, зв'язках один з одним і з неживою природою.
Сучасна біологічна наука - результат тривалого процесу розвитку. Інтерес до пізнання живого у людини виник дуже давно, він був пов'язаний з його потребами - в їжі, ліках, одязі, житло і т.д.
Але тільки в нервових древніх цивілізованих суспільствах люди стали вивчати живі організми більш ретельно. Одним з перших біологів давнину був Аристотель.
В даний час біологія являє собою цілий комплекс наук про живу природу.
Структуру біології можна розглядати з різних точок зору.
По об'єктах дослідження біологія підрозділяється на вірусологію. бактеріологію. ботаніку. зоологію. антропологію.
За властивостями, проявам живого в біології виділяються:
морфологія - наука про будову живих організмів;
фізіологія - наука про функціонування організмів;
молекулярна біологія. вивчає мікроструктуру живих тканин і клітин;
екологія. розглядає спосіб життя рослин і тварин і їх взаємозв'язку з навколишнім середовищем;
генетика. досліджує закони спадковості і мінливості.
За рівнем організації досліджуваних живих об'єктів виділяються:
анатомія. вивчає макроскопічне будову тварин;
гістологія. вивчає будову тканин;
цитологія. досліджує будову живих клітин.
У розвитку біології виділяють три основних етапи:
1) систематики (К. Лінней);
2) еволюційний (Ч. Дарвін);
3) біології мікросвіту (Г. Мендель).
Кожен з них пов'язаний зі зміною уявлень про світ живого, самих основ біологічного мислення.
Теорії виникнення життя. Сутність живого, його основні ознаки
Теорії, що стосуються виникнення Землі, та і всьому Всесвіті, різноманітні і далеко не достовірні. Згідно з теорією стаціонарного стану, Всесвіт існував одвічно. Згідно з іншими гіпотезами, Всесвіт виник з згустку нейтронів внаслідок Великого вибуху, народилася в одній з чорних дір або ж була створена Творцем. Всупереч існуючим уявленням, наука не в змозі спростувати ідею про божественне створення первозданної Всесвіту, так само як теологічні погляди не обов'язково відкидають можливість того, що життя в процесі свого розвитку придбало межі, з'ясовні на основі законів природи.
Найбільш поширеними теоріями виникнення життя на Землі є такі:
життя було створене надприродною істотою в певний час (креаціонізм);
життя виникало неодноразово з неживої речовини (мимовільне зародження);
життя існувало завжди (теорія стаціонарного стану);
життя занесене на нашу планету ззовні (панспермії);
життя виникло внаслідок процесів, що підкоряються хімічним і фізичним законам (біохімічна еволюція).
Дати точне визначення живого вельми не просто. І це люди зрозуміли дуже давно.
Сучасна біологія при описі живого йде по шляху перерахування основних властивостей живих організмів. При цьому підкреслюється, що тільки сукупність цих якостей може дати уявлення про специфіку життя.
До числа властивостей живого відносять такі ознаки:
живі організми характеризуються складною, упорядкованою структурою;
живі організми отримують енергію з навколишнього середовища, більшість з них використовує сонячну енергію;
живі організми активно реагують на навколишнє середовище, здатність реагувати на зовнішні роздратування - універсальна властивість живого;
живі організми не тільки змінюються, але і ускладнюються;
все живе розмножується;
схожість потомства з батьками обумовлено генетично, разом з тим існують механізми мінливості, це визначає еволюцію всіх видів живої природи;
живі організми добре пристосовані до середовища проживання і відповідають своїм способом життя.
Із сукупності цих ознак слід визначення сутності живого: життя є форма існування складних відкритих систем, здатних до самоорганізації і самовідтворення. Найважливішими функціональними речовинами цих систем є білки і нуклеїнові кислоти (рис. 10.1
Головний критерій життя - здатність живих організмів зберігати і передавати інформацію.
Структурні рівні живої
На основі різних критеріїв можуть бути виділені різні рівні, або підсистеми, живого світу. Найбільш поширеним є виділення на основі критерію масштабності.
Біосферний критерій включає всю сукупність живих організмів Землі разом з навколишнім їх природним середовищем.
Рівень біогеоценозів висловлює наступну ступінь структури живого, що складається з ділянок Землі з певним складом живих і неживих організмів (екосистему).
Популяційно-видовий рівень утворюється вільно схрещуються між собою особами однієї й тієї ж виду.
Організменний і органо-тканинний рівні відображають ознаки окремих особин, їх будова, поведінка, фізіологію, а також будову і функції органів і тканин.
Клітинний і субклітинний рівні відображають процеси спеціалізації клітин, а також різні внутрішньоклітинні включення.
Молекулярний рівень становить предмет молекулярної біології, однією з найважливіших проблем якої є вивчення механізмів передачі генної інформації і розвиток генної інженерії і біотехнології.
Поділ живої матерії на рівні є досить умовним.
Клітка як «первокирпичик» живого, її будову і функціонування. Механізм управління кліткою
Фундаментальна частка в біології - жива клітина. Саме вона є найменшої системою, яка має всім комплексом властивостей живого, в тому числі і носієм генетичної інформації.
Створення клітинної теорії, основи якої були покладені німецькими вченими Т. Шванном і М.Я. Шлейденом. стало одним з найбільших досягнень біології XIX в.
Розміри клітин коливаються від однієї тисячної сантиметра до 10 см, що, правда, зустрічається рідко.
Цитологія (від грец. «Цітос» - клітина, «логос» - наука) - наука про клітини. Цитологія вивчає будову і хімічний склад клітин, функції клітин в організмі тварин і рослин, розмноження та розвиток клітин, пристосування клітин до умов навколишнього середовища.
Сучасна цитологія - наука комплексна. Вона має найтісніші зв'язки з іншими біологічними науками, наприклад, з ботаніки, зоології, фізіологією, вченням про еволюцію органічного світу, а також з молекулярною біологією, хімією, фізикою, математикою.
Цитологія - одна з молодих біологічних наук, її вік близько 100 років. Вік же терміна «клітка» налічує близько 300 років.
Досліджуючи клітину як найважливішу одиницю живої, цитологія займає центральне положення в ряду біологічних дисциплін.
Назва «клітка» запропонував англієць Р. Гук ще в 1665 р але тільки в XIX столітті почалося її систематичне вивчення (рис. 10.2
Клітини знаходяться в міжклітинній речовині, що забезпечує їх механічну міцність, харчування і дихання. Основні частини будь-якої клітини - цитоплазма і ядро.
Клітка покрита мембраною. що складається з декількох шарів молекул, що забезпечує виборчу проникність речовин. У цитоплазмі розташовані найдрібніші структури - органели. До органоидам клітини відносяться: ендоплазматична сітка. рибосоми. мітохондрії. лізосоми. комплекс Гольджі. клітинний центр (рис. 10.3
Клітини утворюють тканини (нервова, м'язова і т.д.), а кілька типів тканин - органи (серце, легені та ін.) Групи органів, пов'язані з вирішенням якихось загальних завдань, називають системами органів.
Клітка володіє різними функціями. розподіл клітини, обмін речовин і подразливість.
Обмін речовин - найважливіша властивість всього живого. Це властивість називають метаболізмом клітин.
Кожна жива клітина - це складна високоупорядоченние система. Як показала експерименти, вміст клітини знаходиться в стані безперервної активності:
У різні речовини весь час входять в клітину і виходять з неї назовні. Всі реакції, що протікають в клітині можна розділити на дві
Анаболічні реакції - це реакції синтезу великих молекул з більш дрібних і простих: для цих процесів необхідна витрата енергії.
Катаболические реакції - реакції розпаду великих молекул на більш дрібні і прості, зазвичай з виділенням енергії.
Іноді утворилися простіші молекули можуть знову використовуватися для біосинтезу. Сукупність катаболічних і анаболічних реакцій, що протікають в клітині в будь-який даний момент, складають її метаболізм.
До світу живого відносять також віруси. які не мають клітинної структури. Крім того, існують деякі організми з клітинною будовою, клітини яких не мають ядра. Це прокаріоти (рис. 10.4
Принципи біологічної еволюції
Протягом тисячоліть панувало елементарне пояснення, яке полягало в тому, що нібито всі види організмів були створені одного разу в їх нинішніх формах і більше ніколи не змінювалися. Ця концепція отримала назву креаціонізму.
Використовуючи раціональні методи, ряд вчених (Ж.Л. Бюффон. У Франції, Е. Дарвін (дід Ч. Дарвіна) в Англії, І.В. Гете в Німеччині, М.В. Ломоносов в Росії) прийшли до висновку, що організми , що населяють Землю, чи не незмінні, а зазнають еволюцію.
Інтенсивне проникнення еволюційної парадигми в біологію почалося в кінці XVIII в. завдяки роботам видатного французького біолога ж.б. Ламарка. Він пояснив мінливість видів впливом зовнішнього середовища (харчування, клімат) і спадковості.
Проблеми, поставлені Ламарком, були успішно вирішені Дарвіном. Він розробив теорію еволюції.
З точки зору теорії еволюції, все різноманіття живої природи є результатом дії спадковості, мінливості, і природного відбору.
Еволюція є спрямований процес історичного зміни живих організмів.
Предмет генетики. Генетика і практика
Придивляючись до навколишнього світу, ми відзначаємо велике розмаїття живих істот - від рослин до тварин. Під цим удаваним різноманітністю насправді ховається дивна єдність живих клітин - елементів, з яких зібраний будь-який організм і взаємодією яких визначається його гармонійне існування. З позиції виду подібність між окремими особинами велике, і все-таки не існує двох абсолютно ідентичних організмів (не рахуючи однояйцевих близнюків). В кінці XIX ст. в роботах Грегора Менделя були сформульовані основні закони, що визначили спадкову передачу ознак з покоління в покоління. На початку ХХ ст. в дослідах Т. Моргана було показано, що елементарні успадковані ознаки обумовлені матеріальними одиницями (генами), локалізованими в хромосомах, де вони розташовуються послідовно один за одним.
Генетика - це біологічна наука про спадковість і мінливість організмів і методи керування ними.
Розглянемо основні напрямки досліджень вчених-генетиків.
Вивчення молекул нуклеїнових кислот, що зберігають генетичної інформації кожного виду живого, одиницями спадковості.
Дослідження механізмів та закономірностей передачі генетичної інформації.
Вивчення механізмів реалізації генетичної інформації в конкретні ознаки і властивості живого.
З'ясування причин та механізмів зміни генетичної інформації на різних етапах розвитку організму.
Успадковані ознаки закладені в матеріальних одиницях, генах, які розташовуються в хромосомах клітинного ядра. Хімічна природа генів відома з 1944 р йдеться про дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК). Фізична структура була з'ясована в 1953 р Подвійна спіраль цієї макромолекули пояснює механізм спадкової передачі ознак.
Завдяки працям Ниренберга (США), був відкритий закон відповідності між ДНК і білками - генетичний код.
Матеріальний носій генетичної інформації - це нуклеїнові кислоти (ДНК і, як стало ясно пізніше, РНК). Визначено також проміжний одержувач генетичної інформації - білки.
У 80-х рр. XIX ст. в ядрах еукаріотів були відкриті ниткоподібні структури (В. Флеммінг. Е. Страсбургер. Е. Ван Бенеден), названі В. Вальдейером (1888 г.) хромосомами (від грец. chroma - колір, забарвлення, soma - тіло). Цим терміном було підкреслено сильне подібність хромосом у порівнянні з іншими клітинними органелами до основних фарбників. Протягом наступних 10-15 років більшістю біологів було підтверджено, що саме хромосоми служать матеріальним носієм спадковості. Основний хімічний компонент хромосом - молекули ДНК.
Вивчення генетики людини, незважаючи на всю складність, важливо не тільки з точки зору науки. Важко переоцінити і прикладне значення проведених досліджень.
Закономірності генетики в більшості випадків носять універсальний характер. Вони однаково важливі для рослин, для тварин. Велико їх значення і для людини.
Досягнення в цій області роблять помітний вплив на інші галузі наук про людину - медицину, психіатрію, психологію, педагогіку.
Глибоке проникнення біології в різні сфери суспільного життя людей зажадало і нових форм контролю з боку суспільства за використанням наукових досягнень.
Саме специфікою моралі, мабуть, і пояснюється поява в останні роки ще однієї нової сфери професійної етики - біологічної.
Під біологічної етикою розуміється застосування понять і норм загальнолюдської моралі, в яких осмислюються проблеми добра і зла, совісті, боргу, честі і т.д. до сфери експериментальної і теоретичної діяльності в біології, а також в ході практичного застосування її результатів.
В ході вирішення різних біоетичних проблем затверджуються основні принципи біоетики, деякі з них широко визнані вже сьогодні.
Принцип єдності життя і етики, їх глибоке відповідність і взаємозумовленість.
Принцип гармонізації системи «людина - біосфера.
Що вивчає біологія?
Як біологія підрозділяється по об'єктах дослідження?
Назвіть структурні рівні організації живої матерії.
Дайте характеристику клітці, як першооснові живого.?
Що таке метоболизм ?.
Охарактеризуйте основні напрямки досліджень генетики.
Назвіть основні принципи біоетики.