Био ло гии. Что такое биология? Определение термина

Биология - это наука, изучающая живые организмы. Она раскрывает закономерности жизни и ее развития как особого явления природы.

Среди других наук биология является фундаментальной дисциплиной, относится к ведущим разделам естествознания.

Термин «биология» состоит из двух греческих слов: «биос» – жизнь, «логос» – учение, наука, понятие.

Впервые был употреблен для обозначения науки о жизни в начале XIX. Это сделали независимо друг от друга Ж.-Б. Ламарк и Г. Тревиранус, Ф. Бурдах. В это время биология обособляется из естественных наук.

Биология изучает жизнь во всех ее проявлениях. Предметом биологии являются строение, физиология, поведение, индивидуальное и историческое развитие организмов, их взаимосвязь между собой и окружающей средой. Поэтому биология представляет собой систему, или комплекс, наук, во многом взаимосвязанных. Различные биологические науки возникали на протяжении истории развития науки в следствии обособления различных областей изучения живой природы.

В качестве крупных разделов биологии выделяют зоологию, ботанику, микробиологию, вирусологию и др. как науки, изучающие различные по ключевым моментам строения и жизнедеятельности группы живых организмов. С другой стороны, изучение общих закономерностей живых организмов привело к появлению таких наук как генетика, цитология, молекулярная биология, эмбриология и др. Изучение строения, функциональности, поведения живых существ, их взаимоотношений и исторического развития породило морфологию, физиологию, этологию, экологию, эволюционное учение.

Общая биология изучает наиболее универсальные свойства, закономерности развития и существования живых организмов и экосистем.

Таким образом, биология - это система наук .

Бурное развитие в биологии наблюдалось во второй половине XX века. Это в первую очередь было связано с открытиями в области молекулярной биологии.

Несмотря на свою богатую историю , и в настоящее время в биологических науках продолжают совершаться открытия, ведутся дискуссии, пересматриваются многие концепции.

В биологии особое внимание уделяется клетке (так как она является основной структурно-функциональной единицей живых организмов), эволюции (так как жизнь на Земле претерпевала развитие), наследственности и изменчивости (лежащих в основе преемственности и приспособляемости жизни).

Выделяют ряд последовательных уровней организации жизни: молекулярно-генетический, клеточный, организменный, популяционно-видовой, экосистемный. На каждом из них жизнь проявляется по-своему, что изучается соответствующими биологическими науками.

Значение биологии для человека

Для человека биологические знания в первую очередь имеют следующее значение:

• Обеспечение человечества питанием.
• Экологическое значение – контроль за окружающей средой, чтобы она была пригодной для нормальной жизни.
• Медицинское значение – увеличение продолжительности и качества жизни, борьба с инфекциями и наследственными заболеваниями, разработка лекарств.
• Эстетическое, психологическое значение.

Человека можно рассматривать как один из результатов развития жизни на Земле. Жизнь людей все еще находится в сильной зависимости от общебиологических механизмов жизнедеятельности. Кроме того, человек влияет на природу и сам испытывает на себе ее воздействие.

Деятельность человека (развитие промышленности и сельского хозяйства), рост народонаселения стали причиной экологических проблем на планете. Происходит загрязнение окружающей среды, разрушение природных сообществ.

Для разрешения экологических проблем необходимо понимание биологических закономерностей.

Кроме того, многие разделы биологии имеют значение для здоровья человека (медицинское значение). Здоровье людей находится в зависимости от наследственности, среды жизни и образа жизни. С этой точки зрения наиболее важны такие разделы биологии как наследственность и изменчивость, индивидуальное развитие, экология, учения о биосфере и ноосфере.

Биология решает задачи обеспечения людей продуктами питания, лекарствами. Биологические знания лежат в основе развития сельского хозяйства.

Таким образом, высокий уровень развития биологии является необходимым условием благополучия человечества.

Биология (греч. bio - жизнь и logos - знание, учение, наука) - наука о живой природе. Термин биология был предложен в 1802 году Ж. Б. Ламарком и Г. Р. Тревиранусом независимо друг от друга.

Многообразие живой природы настолько велико, что современная биология представляет собой комплекс биологических наук, значительно отличающихся одна от другой. При этом каждая имеет собственный предмет изучения, методы, цели и задачи.

Система биологических наук

Биологические науки можно разделить по направлениям исследований.

Задачи биологии:

• изучение закономерностей проявления жизни (строения и функций живых организмов и их сообществ, распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и неживой природой);
• раскрытие сущности жизни;
• систематизация многообразия живых организмов.

Методы биологии

Современная биология располагает широким набором методов исследования. Основными являются следующие методы.

Связь биологии с другими науками. Биология принадлежит к комплексу естественных наук, то есть наук о природе, и тесно связана с другими науками:

• фундаментальными (математикой, физикой, химией);
• естественными (геологией, географией, почвоведением);
• общественными (психологией, социологией);
• прикладными (биотехнологией, бионикой, растениеводством, охраной природы).

Значение биологии.

• Биология является теоретической основой таких наук, как медицина, психология, социология.
• Биологические знания используются в пищевой промышленности, фармакологии, сельском, лесном и промысловом хозяйствах.
• Достижения биологии используются при решении глобальных проблем современности: взаимоотношения общества с окружающей средой, рационального природопользования и охраны природы, продовольственного обеспечения.

Уровни организации живой природы

Иерархичность организации живой материи позволяет условно подразделить её на ряд уровней. Уровень организации живой материи - это функциональное место биологической структуры определённой степени сложности в общей иерархии живого.
Выделяют следующие уровни организации живой материи.

Уровни организации живой материи

Необходимо отметить, что биогеоценотический и биосферный уровни организации живой материи выделяют не всегда, поскольку они представлены биокосными системами, включающими не только живое вещество, но и неживое. Также часто не выделяют субклеточный и органно-тканевой уровни, включая их в клеточный и организменный соответственно.

Биология (от греч. биос - жизнь, логос - слово, наука) - это комплекс наук о живой природе.

Предметом биологии являются все проявления жизни: строение и функции живых существ, их разнообразие, происхождение и развитие, а также взаимодействие с окружающей средой. Основная задача биологии как науки состоит в истолковании всех явлений живой природы на научной основе, учитывая при этом, что целому организму присущи свойства, в корне отличающиеся от его составляющих.

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.

В основе современной биологии лежат 5 фундаментальных принципов:

1. клеточная теория
2. эволюция
3. генетика
4. гомеостаз
5. энергия

Биологические науки

В настоящее время в состав биологии включают целый ряд наук, которые можно систематизировать по таким критериям: по предмету и преобладающим методам исследования и по изучаемому уровню организации живой природы .

По предмету исследовани я биологические науки делят на бактериологию, ботанику, вирусологию, зоологию, микологию.

Ботаника - это биологическая наука, комплексно изучающая растения и растительный покров Земли.

Зоология - раздел биологии, наука о многообразии, строении, жизнедеятельности, распространении и взаимосвязи животных со средой обитания, их происхождении и развитии.

Бактериология - биологическая наука, изучающая строение и жизнедеятельность бактерий, а также их роль в природе.

Вирусология - биологическая наука, изучающая вирусы.

Основным объектом микологии являются грибы, их строение и особенности жизнедеятельности.

Лихенология - биологическая наука, изучающая лишайники.

Бактериология, вирусология и некоторые аспекты микологии часто рассматриваются в составе микробиологии - раздела биологии, науке о микроорганизмах (бактериях, вирусах и микроскопических грибах).

Систематика , или таксономия , - биологическая наука, которая описывает и классифицирует по группам все живые и вымершие существа.

В свою очередь, каждая из перечисленных биологических наук подразделяется на биохимию, морфологию, анатомию, физиологию, эмбриологию, генетику и систематику (растений, животных или микроорганизмов). Биохимия - это наука о химическом составе живой материи, химических процессах, происходящих в живых организмах и лежащих в основе их жизнедеятельности.

Морфология - биологическая наука, изучающая форму и строение организмов, а также закономерности их развития. В широком смысле она включает в себя цитологию, анатомию, гистологию и эмбриологию. Различают морфологию животных и растений.

Анатомия - это раздел биологии (точнее - морфологии), наука, изучающая внутреннее строение и форму отдельных органов, систем и организма в целом. Анатомия растений рассматривается в составе ботаники, анатомия животных - в составе зоологии, а анатомия человека является отдельной наукой.

Физиология - биологическая наука, изучающая процессы жизнедеятельности растительных и животных организмов, их отдельных систем, органов, тканей и клеток. Существуют физиология растений, животных и человека.

Эмбриология (биология развития) - раздел биологии, наука об индивидуальном развитии организма, в том числе развитии зародыша.

Объектом генетики являются закономерности наследственности и изменчивости. В настоящее время это одна из наиболее динамично развивающихся биологических наук.

По изучаемому уровню организации живой природы выделяют молекулярную биологию, цитологию, гистологию, органологию, биологию организмов и надорганизменных систем.

Молекулярная биология является одним из наиболее молодых разделов биологии, наука, изучающая, в частности, организацию наследственной информации и биосинтез белка.

Цитология , или клеточная биология, - биологическая наука, объектом изучения которой являются клетки как одноклеточных, так и многоклеточных организмов.

Гистология - биологическая наука, раздел морфологии, объектом которой является строение тканей растений и животных.

К сфере органологии относят морфологию, анатомию и физиологию различных органов и их систем. Биология организмов включает все науки, предметом которых являются живые организмы, например, этологию - науку о поведении организмов.

Биология надорганизменных систем подразделяется на биогеографию и экологию. Распространение живых организмов изучает биогеография , тогда как экология - организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы.

По преобладающим методам исследования можно выделить описательную (например, морфологию), экспериментальную (например, физиологию) и теоретическую биологию. Выявление и объяснение закономерностей строения, функционирования и развития живой природы на различных уровнях ее организации является задачей общей биологии. К ней относят биохимию, молекулярную биологию, цитологию, эмбриологию, генетику, экологию, эволюционное учение и антропологию. Эволюционное учение изучает причины, движущие силы, механизмы и общие закономерности эволюции живых организмов. Одним из его разделов является палеонтология - наука, предметом которой являются ископаемые останки живых организмов. Антропология - раздел общей биологии, наука о происхождении и развитии человека как биологического вида, а также разнообразии популяций современного человека и закономерностях их взаимодействия. Прикладные аспекты биологии отнесены к сфере биотехнологии, селекции и других быстро- развивающихся наук. Биотехнологией называют биологическую науку, изучающую использование живых организмов и биологических процессов в производстве. Она широко применяется в пищевой (хлебопечение, сыроделие, пивоварение и др.) и фармацевтической промышленностях (получение антибиотиков, витаминов), для очистки вод и т. п. Селекция - наука о методах создания пород домашних животных, сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов с нужными человеку свойствами. Под селекцией понимают и сам процесс изменения живых организмов, осуществляемый человеком для своих потребностей.

Прогресс биологии тесно связан с успехами других естественных и точных наук, таких как физика, химия, математика, информатика и др. Например, микроскопирование, ультразвуковые исследования (УЗИ), томография и другие методы биологии основываются на физических закономерностях, а изучение структуры биологических молекул и процессов, происходящих в живых системах, было бы невозможным без применения химических и физических методов. Применение математических методов позволяет, с одной стороны, выявить наличие закономерной связи между объектами или явлениями, подтвердить достоверность полученных результатов, а с другой - смоделировать явление или процесс. В последнее время все большее значение в биологии приобретают компьютерные методы, например моделирование. На стыке биологии и других наук возник целый ряд новых наук, таких как биофизика, биохимия, бионика и др.

Роль биологии в формировании современной естественнонаучной картины мира

На этапе становления биология еще не существовала отдельно от других естественных наук и ограничивалась лишь наблюдением, изучением, описанием и классификацией представителей животного и растительного мира, т. е. была описательной наукой. Однако это не помешало античным естествоиспытателям Гиппократу (ок. 460-377 гг. до н. э.), Аристотелю (384-322 гг. до н. э.) и Теофрасту (настоящее имя Тиртам, 372-287 гг. до н. э.) внести значительный вклад в развитие представлений о строении тела человека и животных, а также о биологическом разнообразии животных и растений, заложив тем самым основы анатомии и физиологии человека, зоологии и ботаники. Углубление познаний о живой природе и систематизация ранее накопленных фактов, происходившие в XVI-XVIII веках, увенчались введением бинарной номенклатуры и созданием стройной систематики растений (К. Линней) и животных (Ж.-Б. Ламарк). Описание значительного числа видов со сходными морфологическими признаками, а также палеонтологические находки стали предпосылками к развитию представлений о происхождении видов и путях исторического развития органического мира. Так, опыты Ф. Реди, Л. Спалланцани и Л. Пастера в XVII-XIX веках опровергли гипотезу спонтанного самозарождения, выдвинутую еще Аристотелем и бытовавшую в средние века, а теория биохимической эволюции А. И. Опарина и Дж. Холдейна, блестяще подтвержденная С. Миллером и Г. Юри, позволила дать ответ на вопрос о происхождении всего живого. Если сам процесс возникновения живого из неживых компонентов и его эволюция сами по себе уже не вызывают сомнений, то механизмы, пути и направления исторического развития органического мира все еще до конца не выяснены, поскольку ни одна из двух основных соперничающих между собой теорий эволюции (синтетическая теория эволюции, созданная на основе теории Ч. Дарвина, и теория Ж.-Б. Ламарка) все еще не могут предъявить исчерпывающих доказательств. Применение микроскопии и других методов смежных наук, обусловленное прогрессом в области других естественных наук, а также внедрение практики эксперимента позволило немецким ученым Т. Шванну и М. Шлейдену еще в XIX веке сформулировать клеточную теорию, позднее дополненную Р. Вирховым и К. Бэром. Она стала важнейшим обобщением в биологии, которое краеугольным камнем легло в основу современных представлений о единстве органического мира. Открытие закономерностей передачи наследственной информации чешским монахом Г. Менделем послужило толчком к дальнейшему бурному развитию биологии в XX-XXI веках и привело не только к открытию универсального носителя наследственности - ДНК, но и генетического кода, а также фундаментальных механизмов контроля, считывания и изменчивости наследственной информации. Развитие представлений об окружающей среде привело к возникновению такой науки, какэкология, и формулировке учения о биосфере как о сложной многокомпонентной планетарной системе связанных между собой огромных биологических комплексов, а также химических и геологических процессов, происходящих на Земле (В.И. Вернадский), что в конечном итоге позволяет хотя бы в небольшой степени уменьшить негативные последствия хозяйственной деятельности человека. Таким образом, биология сыграла немаловажную роль в становлении современной естественнонаучной картины мира.

Методы изучения живых объектов

Как и любая другая наука, биология имеет свой арсенал методов. Помимо научного метода познания, применяемого в других отраслях, в биологии широко используются такие методы, как исторический, сравнительно-описательный и др.

Научный метод познания включает в себя наблюдение, формулировку гипотез, эксперимент, моделирование, анализ результатов и выведение общих закономерностей.

Наблюдение — это целенаправленное восприятие объектов и явлений с помощью органов чувств или приборов, обусловленное задачей деятельности. Основным условием научного наблюдения является его объективность, т.е. возможность проверки полученных данных путем повторного наблюдения или применения иных методов исследования, например эксперимента. Полученные в результате наблюдения факты называются данными. Они могут быть как качественными (описывающими запах, вкус, цвет, форму и т. д.), так и количественными, причем количественные данные являются более точными, чем качественные.

На основе данных наблюдений формулируется гипотеза — предположительное суждение о закономерной связи явлений. Гипотеза подвергается проверке в серии экспериментов.

Экспериментом называется научно поставленный опыт, наблюдение исследуемого явления в контролируемых условиях, позволяющих выявить характеристики данного объекта или явления. Высшей формой эксперимента является моделирование — исследование каких-либо явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей. По существу это одна из основных категорий теории познания: на идее моделирования базируется любой метод научного исследования — как теоретический, так и экспериментальный. Результаты эксперимента и моделирования подвергаются тщательному анализу.

Анализом называют метод научного исследования путем разложения предмета на составные части или мысленного расчленения объекта путем логической абстракции. Анализ неразрывно связан с синтезом.

Синтез - это метод изучения предмета в его целостности, в единстве и взаимной связи его частей. В результате анализа и синтеза наиболее удачная гипотеза исследования становится рабочей гипотезой, и если она способна устоять при попытках ее опровержения и по-прежнему удачно предсказывает ранее необъясненные факты и взаимосвязи, то она может стать теорией .

Под теорией понимают такую форму научного знания, которая дает целостное представление о закономерностях и существенных связях действительности. Общее направление научного исследования состоит в достижении более высоких уровней предсказуемости. Если теорию не способны изменить никакие факты, а встречающиеся отклонения от нее регулярны и предсказуемы, то ее можно возвести в ранг закона — необходимого, существенного, устойчивого, повторяющегося отношения между явлениями в природе. По мере увеличения совокупности знаний и совершенствования методов исследования гипотезы и даже прочно укоренившиеся теории могут оспариваться, видоизменяться и даже отвергаться, поскольку сами научные знания по своей природе динамичны и постоянно подвергаются критическому переосмыслению.

Исторический метод выявляет закономерности появления и развития организмов, становления их структуры и функции. В ряде случаев с помощью этого метода новую жизнь обретают гипотезы и теории, ранее считавшиеся ложными. Так, например, произошло с предположениями Дарвина о природе передачи сигналов по растению в ответ на воздействия окружающей среды. Сравнительно-описательный метод предусматривает проведение анатомо-морфологического анализа объектов исследования. Он лежит в основе классификации организмов, выявления закономерностей возникновения и развития различных форм жизни.

Мониторинг — это система мероприятий по наблюдению, оценке и прогнозу изменения состояния исследуемого объекта, в частности биосферы. Проведение наблюдений и экспериментов требует зачастую применения специального оборудования, такого как микроскопы, центрифуги, спектрофотометры и др. Микроскопия широко применяется в зоологии, ботанике, анатомии человека, гистологии, цитологии, генетике, эмбриологии, палеонтологии, экологии и других разделах биологии. Она позволяет изучить тонкое строение объектов с использованием световых, электронных, рентгеновских и других типов микроскопов.

Световой микроскоп состоит из оптических и механических частей. Оптические части участвуют в построении изображения, а механические служат для удобства пользования оптическими частями. Общее увеличение микроскопа определяется по формуле: увеличение объектива х увеличение окуляра = увеличение микроскопа.

Например, если объектив увеличивает объект в 8 раз, а окуляр — в 7, то общее увеличение микроскопа равно 56.

Дифференциальное центрифугирование, или фракционирование, позволяет разделить частицы по их размерам и плотности под действием центробежной силы, что активно используется при изучении строения биологических молекул и клеток.

Основные уровни организации живой природы

1. Молекулярно-генетический. Важнейшими задачами биологии на этом этапе является изучение механизмов передачи генной информации, наследственности и изменчивости.
2. Клеточный уровень. Элементарной единицей клеточного уровня организации является клетка, а элементарным явлением - реакции клеточного метаболизма.
3. Тканевый уровень. Этот уровень представлен тканями, объединяющими клетки определённого строения, размеров, расположения и сходных функций. Ткани возникли в ходе исторического развития вместе с многоклеточностью. У многоклеточных организмов они образуются в процессе онтогенеза как следствие дифференцировки клеток.
4. Органный уровень. Органный уровень представлен органами организмов. У простейших пищеварение, дыхание, циркуляция веществ, выделение, передвижение и размножение осуществляются за счёт различных органелл. У более совершенных организмов имеются системы органов. У растений и животных органы формируются за счёт разного количества тканей.
5. Организменный уровень. Элементарной единицей данного уровня является особь в ее индивидуальном развитии, или онтогенезе, поэтому организменный уровень также называют онтогенетическим. Элементарным явлением данного уровня являются изменения организма в его индивидуальном развитии.
6. Популяционно-видовой уровень. Популяция - это совокупность особей одного вида, свободно скрещивающихся между собой и проживающих обособленно от других таких же групп особей. В популяциях происходит свободный обмен наследственной информацией и ее передача потомкам. Популяция является элементарной единицей популяционно-видового уровня, а элементарным явлением в данном случае являются эволюционные преобразования, например мутации и естественный отбор.
7. Биогеоценотический уровень. Биогеоценоз представляет собой исторически сложившееся сообщество популяций разных видов, взаимосвязанных между собой и окружающей средой обменом веществ и энергии. Биогеоценозы являются элементарными системами, в которых осуществляется вещественно- энергетический круговорот, обусловленный жизнедеятельностью организмов. Сами биогеоценозы - это элементарные единицы данного уровня, тогда как элементарные явления - это потоки энергии и круговороты веществ в них. Биогеоценозы составляют биосферу и обусловливают все процессы, протекающие в ней.
8. Биосферный уровень. Биосфера - оболочка Земли, населенная живыми организмами и преобразуемая ими. Биосфера является самым высоким уровнем организации жизни на планете. Эта оболочка охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхний слой литосферы. Биосфера, как и все другие биологические системы, динамична и активно преобразуется живыми существами. Она сама является элементарной единицей биосферного уровня, а в качестве элементарного явления рассматривают процессы круговорота веществ и энергии, происходящие при участии живых организмов.

Как уже было сказано выше, каждый из уровней организации живой материи вносит свою лепту в единый эволюционный процесс: в клетке не только воспроизводится заложенная наследственная информация, но и происходит ее изменение, что приводит к возникновению новых сочетаний признаков и свойств организма, в свою очередь подвергающихся действию естественного отбора на популяционно-видовом уровне и т. д.

Биология - наука о жизни. В настоящее время она представляет собой комплекс наук о живой природе. Объектом изучения биологии являются живые организмы - растения и животные. и изучают многообразие видов, строение тела и функции органов, развитие, распространение, их сообщества, эволюцию.

Первые сведения о живых организмах начал накапливать еще первобытный человек. Живые организмы доставляли ему пищу, материал для одежды и жилища. Уже в то время человек не мог обойтись без знаний о свойствах растений, местах их произрастания, сроках созревания плодов и семян, о местах обитания и повадках животных, на которых охотился, хищниках и ядовитых животных, которые могли угрожать его жизни.

Так постепенно накапливались сведения о живых организмах. Приручение животных и начало возделывания растений потребовали более глубоких сведений о живых организмах.

Первые основатели

Значительный фактический материал о живых организмах был собран великим врачом Греции - Гиппократом (460-377г. до н.э.). Им собраны сведения о строении животных и человека, дано описание костей, мышц, сухожилий, головного и спинного мозга.

Первый большой труд по зоологии принадлежит греческому естествоиспытателю Аристотелю (384-322г. до н.э.). Он описал более 500 видов животных. Аристотель интересовался строением и образом жизни животных, он заложил основы зоологии.

Первая работа по систематизации знаний о растениях (ботаника ) выполнена Теофрастом (372-287г. до н.э.).

Расширением знаний о строении человеческого тела (анатомия) древняя наука обязана врачу Галену (130-200г. до н.э.), производившему вскрытия обезьян и свиней. Труды его оказывали влияние на естествознание и медицину в течение нескольких веков.

В эпоху средневековья под гнетом церкви наука развивалась очень медленно. Важным рубежом в развитии науки явилась эпоха Возрождения, начавшаяся в XVв. Уже в XVIIIв. развивались как самостоятельные науки ботаника, зоология, анатомия человека, физиология.

Основные вехи в изучении органического мира

Постепенно накапливались сведения о многообразии видов, строении тела животных и человека, индивидуальном развитии, функциях органов растений и животных. На протяжении многовековой истории биологии крупнейшими вехами в изучении органического мира можно назвать:

• Введение принципов систематики, предложенных К.Линнеем;
• изобретение микроскопа;
• создание Т.Шванном клеточной теории;
• утверждение эволюционного учения Ч.Дарвина;
• открытие Г.Менделем основных закономерностей наследственности;
• применение электронного микроскопа для биологических исследований;
• расшифровка генетического кода;
• создание учения о биосфере.

К настоящему времени науке известно около 1 500 000 видов животных и около 500 000 видов растений. Изучение многообразия растений и животных, особенностей их строения и жизнедеятельности имеет большое значение. Биологические науки являются базой для развития растениеводства, животноводства, медицины, бионики, биотехнологии.

Одними из древнейших биологических наук являются анатомия и физиология человека, составляющие теоретический фундамент медицины. Каждому человеку следует иметь представление о строении и функциях своего организма, чтобы в случае необходимости уметь оказать первую помощь, сознательно беречь свое здоровье и выполнять гигиенические правила.

На протяжении веков ботаника, зоология, анатомия, физиология разрабатывались учеными как самостоятельные, изолированные науки. Лишь в XIXв. были обнаружены закономерности, общие для всех живых существ. Так возникли науки, изучающие общие закономерности жизни. К ним относятся:

• Цитология - наука о клетке;
• генетика - наука об изменчивости и наследственности;
• экология - наука о взаимоотношениях организма со средой и в сообществах организмов;
• дарвинизм - наука об эволюции органического мира и другие.

В учебном курсе они составляют предмет общей биологии.

В 1802 году.

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

✪ Введение в эволюцию и естественный отбор

✪ Высшая нервная деятельность Рефлексы | Биология 7 класс #53 | Инфоурок

✪ Строение клетки. Видеоурок по биологии 5 класс

✪ СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ

✪ ТОП 7 ЖИВОТНЫХ СОЗДАННЫХ ЧЕЛОВЕКОМ. ЗАЧЕМ УЧЁНЫМ БИОРОБОТЫ - МУТАНТЫ. ШОКИРУЮЩИЕ НАУЧНЫЕ ОПЫТЫ С ДНК

Субтитры

Научная концепция, которую часто неправильно понимают и о которой ведётся много споров (не столько в науке, сколько в общественном сознании), - это теория эволюции. Эволюция. Где бы мы ни слышали это слово (даже если мы слышим его не в контексте биологии), мы сразу думаем об изменениях, о развитии. Когда люди используют его в повседневной речи, они подразумевают изменения, которые... Не знаю, смогу ли я это нарисовать... Вот, скажем, обезьяна, согнутая... Мы все видели эту картинку в музеях естественной истории. Она ходит сгорбившись, примерно так, голова опущена... Это человекоподобная обезьяна, пусть она ещё будет в шляпе... А дальше мы видим картинку, где она медленно-медленно выпрямляется и в конце концов превращается в какого-то парня, идущего на работу. В том же отличном настроении. И теперь он держится совсем прямо. Конечно подтекст такой: стоять прямо лучше, чем не стоять прямо... (У него больше нет хвоста...) Давайте я это сотру. А у этого парня он как раз есть. Нарисую его подходящей толщины. У этого парня хвост есть. (Извините, уж как могу.) Вы это видели, если были в музее естественной истории. Дальше идёт ещё несколько обезьян, всё более прямоходящих, и наконец они превращаются в человека. И есть эта идея, что обезьяны как-то превратились в людей. Я слышал это в разных ситуациях: на уроках биологии и даже среди учёных. Они говорят: обезьяна развилась в человека или обезьяна развилась в прачеловека. Такой, знаете, стоял почти прямо, немного сутулый, был похож на обезьяну и несколько на человека и так далее. Я хочу предельно ясно сказать: хотя этот процесс действительно прошёл, были существа, со временем накапливающие изменения, может, их предки выглядели сначала так, потом так, нет никакого направленного процесса, называемого эволюцией. Не то чтобы обезьяна думала: «Вот бы мои дети походили на того парня. Надо как-то набрать изменений в свою ДНК, чтобы они так выглядели». И ДНК тоже не в курсе. ДНК не говорила: «Эй, ходите прямо, не горбатьтесь, как обезьяна. А я постараюсь как-нибудь внезапно превратить нас в этого парня». Такого не происходило. Понимаете? Нужно четко осознавать, эволюция - нечто иное. Это не так, как некоторые представляют себе... Вот дерево, и на нём, на самом верху, много прекрасных фруктов. Много вкусных фруктов наверху. Возможно, это яблоки. И было какое-то животное, типа коровы, или лошади. И оно думало: вот бы мне достать те яблоки. И потому, что они хотят добраться до яблок через пару поколений, они будут всё время вытягивать шею, и из поколения в поколение их шеи будут всё длиннее, пока они не превратятся в жирафов. Это не эволюция, она подразумевает не это, хотя обычное понимание эволюции иногда наводит нас именно на эту мысль. Вообще, я предпочитаю другой термин: естественный отбор. Давайте я запишу этот термин: Естественный отбор. Буквально это означает, что в любой популяции живых существ будет изменчивость. Это ключевое слово. Это значит, что есть какие-то вариации. Если вы посмотрите на детей в школе, то увидите изменчивость. Кто-то выше, кто-то ниже, кто-то светловолосый, кто-то тёмноволосый. И так далее. Изменчивость есть всегда. И что такое естественный отбор: это процесс, связанный с тем, что иногда некоторые факторы окружающей среды оказываются более подходящими для определённых вариаций. Некоторые вариации могут не иметь значения, а некоторые очень важны. Один пример повторяется в каждой книге по биологии, но он интересен. Кажется, эта бабочка называется пяденица берёзовая. Это было в Англии до промышленной революции. Эти бабочки были... (Сейчас попробую нарисовать её.) Вроде, похоже. Нарисую несколько, берёзовых пядениц. Парочку здесь, и тут ещё одну. Так вот, большинство пядениц были такими, а некоторые из них были более пятнистыми. Некоторые могли выглядеть так. (Давайте нарисуем белым цветом.) Вот у этой есть пятнышки. Некоторые, возможно, выглядели так. Ещё у них были и чёрные пятнышки. А некоторые были вообще почти без пятнышек. Это и есть естественная изменчивость, которую можно видеть в любой популяции животных. Есть немного разные расцветки. Они жили долго и счастливо, возможно, тысячи лет, это естественная изменчивость. Просто для этих бабочек это была не важная черта. Но потом в Англии вдруг случилась промышленная революция, и стало очень много сажи от заводов, от паровых двигателей тоже, работающих на угле. И вдруг многое, что некогда было серым и белым, например, стволы некоторых деревьев... Может, были деревья, которые раньше выглядели так, сохранился цвет... а может, стволы выглядели как-то так. Например, так. И тут пяденицам было бы вполне хорошо. Какие-то стволы были довольно тёмные... Но вдруг случилась промышленная революция, всё покрывается сажей от сжигаемого угля, и внезапно все деревья совершенно чёрные, как смола, или гораздо темнее, чем были. Среда, в которой жили бабочки, внезапно изменилась. Как вы думаете: какие будут факторы отбора для этих бабочек? Бабочку могут съесть птицы, тут важно, насколько птице легко её видеть. Внезапно среда обитания становится намного темнее, чем раньше. Вы догадываетесь, что произойдёт: птицам теперь намного легче увидеть эту бабочку, чем эту, потому что на тёмном фоне эту бабочку гораздо сложнее заметить. И это не значит, что птицы вообще никогда не поймают эту, просто вот эту они будут ловить гораздо чаще. Ну и вы понимаете, что будет, если птицы переловят этих бабочек до того, как они оставят потомство, или во время брачного периода. Эта бабочка, тёмные бабочки будут размножаться намного чаще, и у нас внезапно окажется в разы больше бабочек, которые выглядят так. Таких будет намного больше. Итак, что у нас произошло? Был тут у бабочек какой-то замысел или план развития? Казалось бы, почернеть - самое разумное решение. Всё вокруг стало чёрным, у бабочек сменяется пара поколений, все бабочки внезапно оказываются чёрными, и вы думаете: О, эти бабочки гениальны, они как-то все решили стать чёрными, чтобы лучше прятаться от птиц. Но всё было не так. Их было много. В популяции бабочек было много разных вариантов, и когда окружающая среда начала становиться темнее, вот этим красавицам и красавцам стало гораздо меньше везти с размножением. А эти плодились и плодились, пока тех доедали до того, как они успевали оставить потомство. Или в процессе. Они не смогли оставить достаточно потомков, и тогда доминировать стал другой вариант. И тогда пяденицы стали совсем чёрными, как вы видите. Вы можете сказать: «Ладно, Сал, это только один пример, мне нужно больше. Этот естественный отбор должен действовать везде, он может объяснить, как мы эволюционировали из примитивных бактерий или из самореплицирующейся РНК (о ней я подробно расскажу позже). Мне нужны ещё доказательства, я хочу видеть, как он работает сейчас». И лучший пример - это грипп. Я сделаю ролики о том, что такое вирусы и как они размножаются. Вирусы - это очень интересно, потому что на самом деле не очень понятно, живые они или нет. По сути это просто контейнеры с ДНК и иногда с РНК, а это - просто генетическая информация, содержащаяся в этих маленьких белковых контейнерах правильной геометрической формы. И это всё, что они из себя представляют, это не обычные живые организмы, которые активно передвигаются, имеют активный метаболизм и прочее. Они берут эту ДНК и внедряют её в другие клетки, которые могут её обработать, а потом используют эту ДНК, чтобы создать больше вирусов. В общем, мы можем сделать целую серию видео о вирусах. Словом, грипп - это вирус. Каждый год мы видим определённый штамм вируса... тип вируса, и они все немного различаются. Я обозначу различия разным количеством точек. Давайте это будет вирус гриппа, человеческий грипп, он заражает человека, и наша иммунная система, о которой будет сразу несколько видео, медленно учится распознавать этот вирус и атаковать его, пока он не нанёс большого вреда. И вы представляете, что происходит. Например, это сегодняшний вирус гриппа... Давайте я их все нарисую, они все с двумя точками... Вот так, я ещё расскажу, что означают эти точки. Пока скажем, что по ним иммунная система их распознаёт. Она понимает: так, когда я вижу этого зелёного парня с двумя точками, это не к добру. Я на него нападу и уничтожу, пока он не повредил мне иммунную систему, ДНК и всё остальное. Как только иммунная система понимает, что из себя представляет данный вирус, начинается жёсткий отбор. Мы ещё поговорим о том, как иммунная система учится. Она начнёт атаковать этих парней. Вы можете подумать, что грипп хитрит, но он не хитрый, он вообще не разумен. Что он делает: он постоянно изменяется. Так что в каждой популяции гриппа всегда есть небольшие вариации. Может, подавляющее большинство вирусов с двумя точками, но время от времени появится один вирус с одной точкой, другой - с тремя, может, это случайная мутация. Возможно, один из (возьму любое число) ...один из миллиона этих вирусов имеет одну точку вместо двух. И вот что происходит: как только иммунная система человека привыкает атаковать вирус с двумя красными точками, вот этому парню уже не придётся конкурировать с другими вирусами за место в человеке, ему и так достанется вся человеческая ДНК. И тогда этот вирус будет более успешным. Так что к следующему гриппозному сезону, когда люди опять начнут чихать, везде распространяя заразу, новым вирусом гриппа будет этот парень. Так что когда вы год за годом наблюдаете этот процесс, Это новый вирус гриппа, эволюция и естественный отбор в прямом эфире. Всё работает! Этот процесс не всегда занимает миллионы лет. Хотя самые значительные его проявления, которые мы видим вокруг и в себе, - это обычно результат процессов, длившихся миллионы лет, но то же самое происходит каждый год. Ещё пример - это бактерии и антибиотики. Бактерии - это маленькие клетки, которые могут перемещаться. Мы ещё поговорим о них. Они определённо живые, у них есть обмен веществ и всё остальное. И это просто полезно знать: когда люди говорят об инфекциях, это может быть либо вирусная инфекция, которая заражает нашу ДНК и использует наши клеточные механизмы для размножения, либо бактериальная, это заражение маленькими клетками, которые перемещаются и выделяют токсины, от которых нам плохо. Так вот, именно бактерии убивают антибиотиками. Анти-биотики. Хотя нет, там нет дефиса. Антибиотики. Они атакуют бактерии и убивают их. Если у вас, может, есть знакомые врачи и вы им скажете: «Я заболел, это, наверное, бактериальная инфекция, дайте мне антибиотик», то ответственный доктор ответит: «Нет, я не могу давать антибиотики просто так, потому что чем чаще вы используете антибиотики, тем больше шансов, создать новые варианты... (надо быть осторожнее со словом «создать», тут нет целенаправленного создания... и надо закончить это предложение) Очень вероятно, что вы таким образом помогаете отбору бактерий, устойчивых к антибиотикам. Как это работает? Скажем, это зелёное... скажем, это всё бактерии, их тут квадриллионы. И время от времени появляется одна, которая немного отличается от других. Все бактерии из случайной популяции одинаково могут вас заразить, и это случайные различия между этими бактериями. Может, в её ДНК произошли незначительные изменения, но это всё те бактерии, которые не нужны в организме в большом количестве. Ваша иммунная система может атаковать их и справиться с ними. Но их будет очень много, и вы можете заболеть, умереть и так далее. Допустим, все начнут использовать антибиотики, когда не болеют, когда нет реальной необходимости, не так, что вопрос жизни и смерти И допустим, есть антибиотик, который очень хорошо убивает зелёные бактерии. Что произойдёт, если вы внезапно убьёте все зелёные бактерии? После этого синие бактерии займут всю экосистему, где они раньше конкурировали со всеми этими зелёными за доступ ко всему внутри вашего тела. А теперь он совсем один и может свободно размножаться, так что он будет это делать, разумеется... Ещё раз повторю: здесь нет никакого плана и разумного процесса: вроде того, что какая-то бактерия думает: «Я поступлю умнее, обзаведусь устойчивостью к антибиотикам». Нет.Такого, отнюдь, не происходит. Просто существуют случайные изменения, а мутации в вирусах и бактериях происходят очень часто. Есть вот эти случайные изменения, может, одно изменение на миллион. Но если вдруг вы начнёте убивать всех её конкурентов, то эта бактерия сможет воспроизводиться очень быстро и станет доминирующей. И антибиотик, созданный специально для уничтожения зелёных бактерий, окажется абсолютно бесполезен. А вы получите супербактерию. Может, вы слышали слово «супермикроб». Это он. Это не они себя как-то создали. Это мы научились очень хорошо убивать их конкурентов и позволили им взять верх. Теперь не можем их убить, потому что все наши лекарства работали только против их конкурентов. Бактерии продолжают и продолжают мутировать. И если мы слишком налегаем на антибиотики, то всегда способствуем отбору вариаций, которые к этим антибиотикам не чувствительны. Я думаю, уже достаточно долго говорил. Вообще это очень увлекательная тема. Я хотел сделать её темой моего первого ролика (или лекции, если позволите) по биологии, потому что если... Биология - это наука о жизни, и мы можем говорить о жизни независимо от того, являются ли вирусы живыми, но если вы действительно хотите изучать живые системы, единственное, что мы всегда увидим - это естественный отбор. Мы можем попасть на другую планету, где у живых существ нет ДНК. Или они могут иметь другой тип наследственной информации, хранящийся в клетках, или они размножаются каким-то другим способом, или вообще они не на углеродной основе, а на основе кремния... И если бы мы попали на такую планету и стали изучать их биологию, то всё, что мы знаем о биологии, вирусах, ДНК, было бы бесполезно. Но если мы понимаем одну эту концепцию естественного отбора, о том, что окружающая среда отбирает какие-то изменения и нет какого-то волевого процесса, а происходят лишь случайные события, идёт случайный отбор случайных вариаций, и что за большое время, за невообразимо большое время эти изменения просто накапливаются, и их накапливание может дать очень значительные результаты. Мы ещё поговорим об этом в другом видео. До скорой встречи! Subtitles by the Amara.org community

Биологическая картина мира

В основе современной биологии лежат пять фундаментальных принципов: клеточная теория , эволюция , генетика , гомеостаз и энергия . В настоящее время биология - стандартный предмет в средних и высших учебных заведениях всего мира. Ежегодно публикуется более миллиона статей и книг по биологии, медицине , биомедицине и биоинженерии .

Существует пять принципов, объединяющих все биологические дисциплины в единую науку о живой материи :

• Клеточная теория - учение обо всём, что касается клеток . Все живые организмы состоят как минимум из одной клетки - основной структурно-функциональной единицы организмов. Базовые механизмы и химия всех клеток во всех земных организмах сходны; клетки происходят только от ранее существовавших клеток, которые размножаются путём клеточного деления. Клеточная теория описывает строение клеток, их деление, взаимодействие с внешней средой, состав внутренней среды и клеточной оболочки, механизм действия отдельных частей клетки и их взаимодействия между собой.
• Эволюция . Через естественный отбор и генетический дрейф наследственные признаки популяции изменяются из поколения в поколение.
• Теория гена . Признаки живых организмов передаются из поколения в поколение вместе с генами , которые закодированы в ДНК . Информация о строении живых существ или генотип используется клетками для создания фенотипа , наблюдаемых физических или биохимических характеристик организма. Хотя фенотип, проявляющийся за счёт экспрессии генов, может подготовить организм к жизни в окружающей его среде, информация о среде не передаётся назад в гены. Гены могут изменяться в ответ на воздействия среды только посредством эволюционного процесса.
• Гомеостаз . Физиологические процессы, позволяющие организму поддерживать постоянство своей внутренней среды независимо от изменений во внешней среде.
• Энергия . Атрибут любого живого организма, существенный для его состояния.

Клеточная теория

Эволюция

Центральная организующая концепция в биологии состоит в том, что жизнь со временем изменяется и развивается посредством эволюции , и что все известные формы жизни на Земле имеют общее происхождение. Это обусловило сходство основных единиц и процессов жизнедеятельности, упоминавшихся выше. Понятие эволюции было введено в научный лексикон Жаном-Батистом Ламарком в 1809 году. Чарльз Дарвин через пятьдесят лет установил, что её движущей силой является естественный отбор , так же как искусственный отбор сознательно применяется человеком для создания новых пород животных и сортов растений . Позже в синтетической теории эволюции дополнительным механизмом эволюционных изменений был постулирован генетический дрейф .

Теория гена

Форма и функции биологических объектов воспроизводятся из поколения в поколение генами , которые являются элементарными единицами наследственности. Физиологическая адаптация к окружающей среде не может быть закодирована в генах и быть унаследованной в потомстве (см. Ламаркизм). Примечательно, что все существующие формы земной жизни, в том числе, бактерии, растения, животные и грибы, имеют одни и те же основные механизмы, предназначенные для копирования ДНК и синтеза белка. Например, бактерии, в которые вводят ДНК человека, способны синтезировать человеческие белки.

Совокупность генов организма или клетки называется генотипом . Гены хранятся в одной или нескольких хромосомах. Хромосома - длинная цепочка ДНК, на которой может быть множество генов. Если ген активен, то последовательность его ДНК копируется в последовательности РНК посредством транскрипции . Затем рибосома может использовать РНК, чтобы синтезировать последовательность белка , соответствующую коду РНК, в процессе, именуемом трансляция . Белки могут выполнять каталитическую (ферментативную) функцию, транспортную, рецепторную , защитную, структурную, двигательную функции.

Гомеостаз

Гомеостаз - способность открытых систем регулировать свою внутреннюю среду так, чтобы поддерживать её постоянство посредством множества корректирующих воздействий, направляемых регуляторными механизмами. Все живые существа, как многоклеточные, так и одноклеточные, способны поддерживать гомеостаз . На клеточном уровне, например, поддерживается постоянная кислотность внутренней среды (). На уровне организма у теплокровных животных поддерживается постоянная температура тела. В ассоциации с термином экосистема под гомеостазом понимают, в частности, поддержание растениями и водорослями постоянной концентрации атмосферного кислорода и диоксида углерода на Земле.

Энергия

Выживание любого организма зависит от постоянного притока энергии. Энергия черпается из веществ, которые служат пищей, и посредством специальных химических реакций используется для построения и поддержания структуры и функционирования клеток. В этом процессе молекулы пищи используются как для извлечения энергии , так и для синтеза биологических молекул собственного организма.

Первичным источником энергии для подавляющего большинства земных существ является световая энергия, главным образом солнечная , однако некоторые бактерии и археи получают энергию посредством хемосинтеза . Световая энергия посредством фотосинтеза превращается растениями в химическую (органические молекулы) в присутствии воды и некоторых минералов. Часть полученной энергии затрачивается на наращивание биомассы и поддержание жизни, другая часть теряется в виде тепла и отходов жизнедеятельности. Общие механизмы превращения химической энергии в полезную для поддержания жизни называются дыхание и метаболизм .

Уровни организации жизни

Живые организмы представляют собой высокоорганизованные структуры, поэтому в биологии выделяют ряд уровней организации. В различных источниках некоторые уровни опускаются или совмещаются друг с другом. Ниже представлены основные уровни организации живой природы обособленно друг от друга.

• Молекулярный - уровень взаимодействия молекул , составляющих клетки и обуславливающих все её процессы.
• Клеточный - уровень, на котором рассматриваются клетки как элементарные единицы строения живого.
• Тканевой - уровень совокупностей сходных по строению и функциям клеток, образующих ткани .
• Органный - уровень отдельных органов , обладающих собственным строением (объединением типов тканей) и местоположением в организме.
• Организменный - уровень отдельного организма .
• Популяционно-видовой уровень - уровень популяции, составляемой совокупностью особей одного вида .
• Биогеоценотический - уровень взаимодействия видов между собой и с различными факторами окружающей среды.
• Биосферный уровень - совокупность всех биогеоценозов , включающих и обуславливающих все явления жизни на Земле.

Биологические науки

Большинство биологических наук является дисциплинами с более узкой специализацией. Традиционно они группируются по типам исследуемых организмов:

• ботаника изучает растения , водоросли , грибы и грибоподобные организмы ,
• зоология - животных и протистов ,
• микробиология - микроорганизмы и вирусы .

• биохимия изучает химические основы жизни,
• биофизика изучает физические 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,
• генетика - закономерности наследственности и изменчивости ,
• биология развития - развитие организма в онтогенезе ,
• палеобиология и эволюционная биология - зарождение и историческое развитие живой природы.

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 .

Биологические дисциплины

История биологии

Хотя концепция биологии как особой естественной науки возникла в XIX веке , биологические дисциплины зародились ранее в медицине и естественной истории . Обычно их традицию ведут от таких античных учёных, как Аристотель и Гален через арабских медиков аль-Джахиза , ибн-Сину , ибн-Зухра и ибн-аль-Нафиза . В эпоху Возрождения биологическая мысль в Европе была революционизирована благодаря изобретению книгопечатания и распространению печатных трудов, интересу к экспериментальным исследованиям и открытию множества новых видов животных и растений в эпоху Великих географических открытий . В это время работали выдающиеся умы Андрей Везалий и Уильям Гарвей , которые заложили основы современной анатомии и физиологии . Несколько позже Линней и Бюффон совершили огромную работу по классификации форм живых и ископаемых существ. Микроскопия открыла для наблюдения ранее неведомый мир микроорганизмов, заложив основу для развития клеточной теории . Развитие естествознания, отчасти благодаря появлению механистической философии , способствовало развитию естественной истории .

К началу XIX века некоторые современные биологические дисциплины, такие как ботаника и зоология , достигли профессионального уровня. Лавуазье и другие химики и физики начали сближение представлений о живой и неживой природе. Натуралисты, такие как Александр Гумбольдт , исследовали взаимодействие организмов с окружающей средой и его зависимость от географии, закладывая основы биогеографии , экологии и этологии . В XIX веке развитие учения об эволюции постепенно привело к пониманию роли вымирания и изменчивости видов , а клеточная теория показала в новом свете основы строения живого вещества. В сочетании с данными эмбриологии и палеонтологии эти достижения позволили Чарльзу Дарвину создать целостную теорию эволюции, в основе которой лежит естественный отбор . К концу XIX века идеи самозарождения окончательно уступили место теории инфекционного агента как возбудителя заболеваний. Но механизм наследования родительских признаков всё ещё оставался тайной .

Традиционно научными исследованиями в области биологии занимаются университеты, хотя не всегда соответствующие факультеты называются биологическими. Например, в Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова кроме имеются также факультет биоинженерии и биоинформатики , факультет фундаментальной медицины и НИИ физико-химической биологии . Кроме университетов научные исследования проводят государственные и частные институты, которые в России преимущественно относятся к системе