Концепции современного естествознания
Вариант №18
«Особенности биологического уровня организации материи»
Опишите предмет биологии как науки.
Проанализируйте структуру биологии как науки и этапы её развития.
Выявите сущность живого и охарактеризуйте его основные признаки.
Опишите предмет биологии как науки.
Современное естествознание представляет собой совокупность многих наук, которые тесно связаны между собой, так как они отражают единый мир. Но поскольку природный мир многообразен, то и каждая из естественных наук имеет свой предмет, изучает тот или иной вид материи. Одной из таких наук и является биология, изучающая живую материю.
Биология - наука о жизни, её формах и закономерностях развития. Предметом её изучения - многообразие вымерших и ныне живущих на Земле живых существ, их строение, функции, происхождение, эволюция, распространение, взаимоотношения с себе подобными и окружающей средой. Пособие по биологии для поступающих в вузы / Под ред. Н. А. Лемеза, М. С. Морозик. Минск, 2000. С. 4.
Биология (от греч. bios - жизнь и logos - учение) - совокупность наук о живой природе. Современная биологическая наука - результат длительного процесса развития. Интерес к познанию живого у человека возник очень давно, он был связан с его важнейшими потребностями – в пище, лекарствах, одежде, жилье и т.д.
Только в первых древних цивилизованных обществах люди стали изучать живые организмы более тщательно, составлять перечни животных и растений, классифицировать их.
Первые систематические попытки познания живой природы сделали врачи античности Гиппократ (460–370 гг. до н. э.) и Гален (130–200 гг. до н. э.), а также древнегреческий философ и учёный Аристотель (384–322 гг. до н. э.).
Важнейший инструмент дальнейшего познания этого мира - категория «живого», являющаяся ключевой, исходной для всей системы биологических наук.
Проанализируйте структуру биологии как науки и этапы её развития.
В настоящее время биология представляет собой целый комплекс наук о живой природе. Структуру биологии можно рассматривать с разных точек зрения.
• По объектам исследования биология подразделяется на вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию, антропологию.
• По свойствам, проявлениям живого в биологии выделяются морфология (наука о строении живых организмов); физиология (наука о функционировании организмов); молекулярная биология (наука, изучающая микроструктуру живых тканей и клеток); экология (наука, рассматривающая образ жизни растений и животных и их взаимосвязь с окружающей средой); генетика (наука, исследующая законы наследственности и изменчивости).
• По уровню организации исследуемых живых объектов выделяются анатомия (наука, изучающая макроскопическое строение животных), гистология (наука, изучающая строение тканей), цитология (наука, исследующая строение живых клеток). Концепции современного естествознания / Под ред. В. Н. Лавриненко, В. П. Ратникова. М., 1997. С. 156.
Эта многоплановость комплекса биологических наук обусловлена чрезвычайным многообразием живого мира.
В развитии биологии выделяют три основных этапа:
• Этап систематики или традиционной биологии.
• Эволюционный этап.
• Этап биологии микромира или современной биологии.
Каждый из этих этапов связан с изменением представлений о мире живого.
Развитие традиционной биологии
На начальном этапе развития биология носила описательный характер. Объект изучения традиционной биологии – живая природа в её естественном состоянии и целостности. К первым и наиболее значительным достижениям традиционной биологии относятся классификации многообразного растительного и животного мира. Значительный вклад в традиционную биологию внёс шведский естествоиспытатель Карл Линней (1707-1778). Он создал систему растительного и животного мира и построил наиболее удачную классификацию растений и животных, подробно описав около 1500 растений. Растения объединялись в группы, называемые таксонами. Введённая Линнеем бинарная номенклатура для обозначения рода и вида дошла до наших дней почти неизменной.
Французский ботаник М. Адансон (1727-1806) предложил принцип классификации растений по сходству максимального числа признаков с применением математических методов. Этот принцип лежит в основе числовой таксономии, эффективной при объединении организмов в родственные группы.
Естественные системы (эволюционные, генеалогические) создаются в рамках какой-либо концепции, включающей принцип нахождения генеалогического родства и установления преемственности происхождения. Разнообразие концепций породило множество генеалогических древ, первое из которых предложил в 1866 году немецкий биолог-эволюционист Э. Геккель.
Традиционная биология продолжает развиваться и в настоящее время. Её научный материал накапливается в результате непосредственного наблюдения объекта изучения – живой природы, воспринимаемой как единое целое во всём многообразии её форм и проявлений. Благодаря такому преимуществу традиционная биология будет развиваться и в будущем.
Развитие эволюционной биологии
Эволюционная биология как наука о развитии живой природы начиналась с материалистической теории эволюции органического мира Земли, основанной на воззрениях английского естествоиспытателя Ч. Дарвина. Эволюция, по Дарвину, осуществляется в результате взаимодействия трёх основных факторов: изменчивости, наследственности и естественного отбора. Изменчивость служит основой образования новых признаков и особенностей в строении и функциях организмов. Наследственность закрепляет эти признаки. Под действием естественного отбора устраняются организмы, не приспособленные к условиям существования. Благодаря этим трём факторам, организмы в процессе эволюции накапливают всё новые приспособительные функции, что ведёт к образованию новых видов.
В процессе развития эволюционного учения возникли разные направления, в том числе и нейтралистская теория эволюция, отличающаяся от дарвиновского учения.
Происходит эволюционный синтез, приводящий к взаимному обогащению эволюционных теорий для микро-, макро- и мегаобъектов, которые представляют характерную особенность современного естествознания, заключающуюся в общем и в едином подходе в многостороннем изучении единой природы в различных её проявлениях.
Развитие современной биологии
На протяжении всей истории развития биологии физические и химические методы были важнейшим инструментом исследования биологических явлений и процессов живой природы. Важность внедрения таких методов в биологию подтверждают экспериментальные результаты, полученные с помощью современных методов исследования, зародившихся в смежных отраслях естествознания – физике и химии. Физико-химическая биология содействует сближению биологии с точными науками, а также становлению естествознания как единой науки о природе.
Внедрение физических и химических методов способствовало развитию экспериментальной биологии, у истоков которой стояли крупные учёные: Бернар, Гельмгольц, Павлов, Мечников и многие другие.
Современная экспериментальная биология вооружилась новейшими методами, позволяющими проникнуть в субмикроскопический, молекулярный надмолекулярный мир живой природы. Можно назвать несколько широко применяемых методов: изотопных индикаторов, рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии, фракционирования, прижизненного анализа и др.
Метод изотопных индикаторов предложен после открытия радиоактивности. Сущность заключается в том, что с помощью радиоактивных атомов, введённых в организм, прослеживается передвижение и превращение веществ в организме.
Рентгеноструктурный анализ позволил установить двухцепочечное строение молекул. Появилась молекулярная биология, возможности которой расширились с применением электронно-микроскопических исследований. Была создана в начале 50-х годов современная мембранная теория. Раскрытие структуры мембранных систем и механизма их функционирования – крупное достижение в естествознании.
Методы фракционирования основаны на физическом или химическом явлении. Эффективный метод фракционирования предложил русский биолог М. С. Цвет. Сущность заключалась в разделении смеси веществ, основанном на поглощении поверхностью твёрдых тел компонентов разделённой смеси, на ионном обмене и на образовании осадков.
Методы прижизненного анализа – радиоспектроскопия, скоростной рентгеноструктурный анализ, ультразвуковое зондирование. Эти методы взяты на вооружение современной медициной. С. Х. Карпенков. Концепции современного естествознания. М., 1997. С. 289-291.
Характерная особенность современной физико-химической биологии – её стремительное развитие.
Выявите сущность живого и охарактеризуйте его основные признаки.
Материя представляет собой бесконечное множество всех существующих в мире объектов и систем, субстрат любых свойств, связей, отношений и форм движения. Условно материю подразделяют на живую и неживую. Живая материя изучена пока лишь на Земле. К живой материи относят всю совокупность организмов, обладающих свойствами живых систем, в частности, способных к самовоспроизводству с передачей и накоплением в процессе эволюции генетической информации.
Считается, что высшей формой организации материи обладает человек со своим социальным обществом, техническими средствами и научными достижениями.
В настоящее время принято считать, что живая материя условно подразделяется на несколько уровней.
Молекулярный уровень – самый первый уровень, с которого начинается понятие жизни. Он составляет предмет молекулярной биологии, одной из важнейших проблем которой является изучение механизмов передачи генной информации и развитие генной инженерии и биотехнологии.
Клеточный и субклеточный уровни отражают процессы специализации клеток, а также различные внутриклеточные включения.
Популяционно-видовой уровень образуется свободно скрещивающимися между собой особями одного и того же вида. Его изучение важно для выявления факторов, влияющих на численность популяций. Этот уровень важен для исследования путей исторического развития живого, его эволюции.
Организменный и органно-тканевый уровни отражают признаки отдельных особей, их строение, физиологию, поведение, а также строение и функции органов и тканей живых существ.
Уровень биогеоценозов выражает следующую ступень структуры живого, состоящую из участков Земли с определённым составом живых и неживых компонентов, представляющих единый природный комплекс, экосистему.
Биосферный уровень включает всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой. На этом уровне решается проблема, как изменение концентрации углекислого газа в атмосфере. Концепции современного естествознания / Под ред. В. Н. Лавриненко, В. П. Ратникова. М., 1997. С. 160.
Свойства живой материи:
• Репродукция и наследственность. Все живые организмы воспроизводят себе подобных на основе информации, закодированной в молекулах ДНК и РНК. Этот процесс распространяется и на отдельные клетки, органеллы этих клеток. Все они являются сходными морфологически и генетически.
• Изменчивость. В процессе воспроизводства репродукция молекул ДНК происходит не с абсолютной точностью; возникают различные мутации. Эти факторы приводят к тому, что новое поколение живых организмов не в точности копирует предыдущее поколение. Происходит отбор наиболее приспособленных к конкретным условиям существования особей и появление новых видов организмов.
• Рост и развитие. После образования нового живого организма, с течением времени, происходит его развитие и рост. В процессе роста происходят количественные и качественные перестройки всего организма. Биологическое развитие человека сопровождается психическими и социальными преобразованиями, которые закладываются в процессе обучения с раннего детства и играют решающую роль в жизни человека в обществе.
• Обмен веществ и поддержание гомеостаза. Каждый живой организм должен поддерживать относительное постоянство своей внутренней среды, или гомеостаз. Это относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций живых организмов. Этот процесс является результатом сложных координационных и регуляторных взаимоотношений, осуществляемых как в целостном организме, так и на биосферном, популяционно-видовом, органном, клеточном и молекулярном уровнях. Благодаря специальным механизмам физические и химические параметры, определяющие жизнедеятельность организма, меняются в сравнительно узких пределах, несмотря на значительные изменения внешних условий. Все процессы, связанные с гомеостазом, требуют определённых энергетических затрат, поэтому все живые организмы обязаны питаться и выводить продукты распада на протяжении всей жизни. Живая материя – динамичная система, находящаяся в состоянии изменения или подвижного равновесия.
• Единство химического состава. Вся живая материя построена на 98% из углевода, кислорода, водорода и азота.
• Способность к раздражимости. То есть избирательность реакции живой материи на внешние воздействия или изменения, происходящие в окружающей среде. У простейших эти реакции называют таксисами, тропизмами, настиями. У человека это свойство называется возбудимостью.
• Дискретность форм. Это свойство, обозначающее прерывистость. Большинство живых организмов состоит из нескольких типов макромолекул: нуклеиновые кислоты, белки, полисахариды и липиды. Кроме того, у всех живых организмов идентичны биосинтез белков, жирных кислот, расщепление глюкозы и т. д.
• Ритмичность. Все живые организмы подвержены различным влияниям внешней среды. Ритмичность направлена на согласование функций организма с окружающей средой. И. А. Аистов. Концепции современного естествознания. М., 2005. С. 98-102.
Приведённые признаки придают живой материи особую устойчивость и возможность сохранения своего вида.
Фундаментальной основой живого мира является клетка. Её исследование помогает уяснить специфику всего живого.
Итак, биология – совокупность наук о живой природе. Современная биологическая наука - результат длительного процесса развития. Биология имеет свою структуру, которая может рассматриваться с разных точек зрения. Выделяют этапы развития биологии. Каждый из этапов связан с изменением представлений о мире живого. Важнейший инструмент дальнейшего познания этого мира - категория «живого», являющаяся ключевой, исходной для всей системы биологических наук. Выделяют уровни организации живого, а также его основные свойства.
Список литературы
В. Н. Лавриненко, В. П. Ратников. Концепции современного естествознания. М., 1997. С. 155-156.
Н. А. Лемеза, М. С. Морозик. Пособие по биологии для поступающих в вузы. Минск, 2000. С. 4.
С. Х. Карпенков. Концепции современного естествознания. М., 1997. С. 285-302.
И. А. Аистов. Концепции современного естествознания. М., 2005. С. 94-102.
С. Г. Мамонтов, В. Б. Захаров. Биология. Общие закономерности. М., 2002. С. 3 – 20.
