Биология человека. Биология как наука и ее методы

Биоло́гия (от греч. bios - жизнь и logos - слово, учение), совокупность наук о живой природе - об огромном многообразии вымерших и ныне населяющих Землю живых существ, их строении и функциях, происхождении, распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой. Биология устанавливает общие и частные закономерности, присущие жизни во всех ее проявлениях и свойствах (обмен веществ, размножение, наследственность, изменчивость, приспособляемость, рост, подвижность и др.).

Первые систематические попытки познания живой природы были сделаны античными врачами и философами (Гиппократ , Аристотель, Теофраст, Гален). Их труды, продолженные в эпоху Возрождения, положили начало ботанике и зоологии, а также анатомии и физиологии человека (Везалий и др.). В 17 - 18 вв. в биологию проникают экспериментальные методы. На основе количественных измерений и применения законов гидравлики был открыт механизм кровообращения (У. Гарвей , 1628). Изобретение микроскопа раздвинуло границы известного мира живых существ, углубило представление об их строении. Одно из главных достижений этой эпохи - создание системы классификации растений и животных (К. Линней , 1735). Вместе с тем преобладали умозрительные теории о развитии и свойствах живых существ (самозарождения, преформации и др.). В 19 в. в результате резко возросшего числа изучаемых биологических объектов (новые методы, экспедиции в тропические и малодоступные районы Земли и др.), накопления и дифференциации знаний сформировались многие специальные биологические науки. Так, ботаника и зоология дробятся на разделы, изучающие отдельные систематические группы, развиваются эмбриология, гистология, микробиология, палеонтология, биогеография и др. Среди достижений биологии - клеточная теория (Т. Шванн, 1839), открытие закономерностей наследственности (Г. Мендель, 1865). К фундаментальным изменениям в биологии привело эволюционное учение Ч. Дарвина (1859). Для биологии 20 в. характерны 2 взаимосвязанные тенденции. С одной стороны, сформировалось представление о качественно различных уровнях организации живой природы: молекулярном (молекулярная биология, биохимия и другие науки, объединяемые понятием физико-химическая биология), клеточном (цитология), организменном (анатомия, физиология, эмбриология), популяционно-видовом (экология, биогеография). С другой стороны, стремление к целостному, синтетическому познанию живой природы привело к прогрессу наук, изучающих определенные свойства живой природы на всех структурных уровнях ее организации (генетика, систематика, эволюционное учение и др.). Поразительных успехов начиная с 50-х гг. достигла молекулярная биология, вскрывшая химические основы наследственности (строение ДНК, генетический код, матричный принцип синтеза биополимеров). Учение о биосфере (В. И. Вернадский) раскрыло масштабы геохимической деятельности живых организмов, их неразрывную связь с неживой природой. Практическое значение биологических исследований и методов (в т. ч. генетической инженерии, биотехнологии) для медицины, сельского хозяйства, промышленности, разумного использования естественных ресурсов и охраны природы, а также проникновение в эти исследования идей и методов точных наук выдвинули биологию с сер. 20 в. на передовые рубежи естествознания.

Биология – наука, изучающая свойства живых систем. Однако определить, что такое живая система, достаточно сложно. Именно поэтому ученые установили несколько критериев, по которым организм можно отнести к живым. Главными из этих критериев являются обмен веществ или метаболизм, самовоспроизведение и саморегуляция.

Понятие наука определяется, как «сфера человеческой деятельности по получению, систематизации объективных знаний о действительности». В соответствии с этим определением объектом науки – биологии является жизнь во всех ее проявлениях и формах, а также на разных уровнях .

Каждая наука, в том числе и биология, пользуется определенными методами исследования. Некоторые из них универсальны для всех наук, например такие, как наблюдение, выдвижение и проверка гипотез, построение теорий. Другие научные методы могут быть использованы только определенной наукой : генеалогический, гибридизация, метод культуры тканей и т.д.

Биология тесно связана с другими науками – химией, физикой, экологией, географией. Собственно биология делится на множество частных наук, изучающих различные биологические объекты: биология растений и животных, физиология растений, морфология, генетика, систематика, селекция, микология, гельминтология и множество других наук.

Метод – это путь исследования, который проходит ученый, решая какую-либо научную задачу, проблему.

Методы науки:

1.Универсальные:

Моделирование – метод, при котором создается некий образ объекта, модель, с помощью которой ученые получают необходимые сведения об объекте (Джеймс Уотсон и Френсис Крик создали из пластмассовых элементов модель – двойную спираль ДНК, отвечающую данным рентгенологических и биохимических исследований. Эта модель вполне удовлетворяла требованиям, предъявляемым к ДНК).

Наблюдение – метод, с помощью которого исследователь собирает информацию об объекте (можно визуально наблюдать за поведением животных, с помощью приборов за изменениями в живых объектах, за сезонными изменениями в природе). Выводы, сделанные наблюдателем, проверяются либо повторными наблюдениями, либо экспериментально.

Эксперимент (опыт) – метод, с помощью которого проверяют результаты наблюдений, выдвинутые предположения – гипотезы (получение новых знаний с помощью поставленного опыта). Примеры экспериментов: скрещивания животных или растений с целью получения нового сорта или породы, проверка нового лекарства.

Проблема – вопрос, задача, требующие решения. Решение проблемы ведет к получению нового знания. Научная проблема всегда скрывает какое-то противоречие между известным и неизвестным. Решение проблемы требует от ученого сбора фактов, их анализа, систематизации.

Сформулировать проблему бывает достаточно сложно, однако всегда, когда есть затруднение, противоречие, появляется проблема.

Гипотеза – предположение, предварительное решение поставленной проблемы. Выдвигая гипотезы, исследователь ищет взаимосвязи между фактами, явлениями, процессами. Именно поэтому гипотеза чаще всего имеет форму предположения: «если … тогда». Гипотеза проверяется экспериментально.

Теория – это обобщение основных идей в какой-либо научной области знания. Со временем теории дополняются новыми данными, развиваются. Некоторые теории могут опровергаться новыми фактами. Верные научные теории подтверждаются практикой.

2.Частные научные методы:

Генеалогический – применяется при составлении родословных людей, выявлении характера наследования некоторых признаков.

Исторический – установление взаимосвязей между фактами, процессами, явлениями, происходившими на протяжении исторически длительного времени (несколько миллиардов лет).

Палеонтологический – метод, позволяющий выяснить родство между древними организмами, останки которых находятся в земной коре, в разных геологических слоях.

Центрифугирование – разделение смесей на составные части под действием центробежной силы. Применяется при разделении органоидов клетки, легких и тяжелых фракций (составляющих) органических веществ и т.д.

Цитологический или цитогенетический – исследование строения клетки, ее структур с помощью различных микроскопов.

Биохимический – исследование химических процессов, происходящих в организме.

Каждая частная биологическая наука (ботаника, зоология, анатомия и физиология, цитология, эмбриология, генетика, селекция, экология и другие) пользуется своими более частными методами исследования.

У каждой науки есть объект и предмет исследования.

У биологии объектом исследования является ЖИЗНЬ. Предмет изучения науки всегда несколько уже, ограниченнее, чем объект. Так, например, кого-то из ученых интересует обмен веществ организмов. Тогда объектом изучения будет жизнь, а предметом изучения – обмен веществ. С другой стороны, обмен веществ тоже может быть объектом исследования, но тогда предметом исследования будет одна из его характеристик, например обмен белков, или жиров, или углеводов.

ТЕМАТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ

Часть А

А1. Биология как наука изучает
1) общие признаки строения растений и животных
2) взаимосвязь живой и неживой природы
3) процессы, происходящие в живых системах
4) происхождение жизни на Земле

А2. И.П. Павлов в своих работах по пищеварению применял метод исследования:
1) исторический
2) описательный
3) экспериментальный
4) биохимический

А3. Предположение Ч. Дарвина о том, что у каждого современного вида или группы видов были общие предки – это:
1) теория
2) гипотеза
3) факт
4) доказательство

А4. Эмбриология изучает
1) развитие организма от зиготы до рождения
2) строение и функции яйцеклетки
3) послеродовое развитие человека
4) развитие организма от рождения до смерти

А5. Количество и форма хромосом в клетке устанавливается методом исследования
1) биохимическим
2) цитологическим
3) центрифугированием
4) сравнительным

А6. Селекция как наука решает задачи
1) создания новых сортов растений и пород животных
2) сохранения биосферы
3) создания агроценозов
4) создания новых удобрений

А7. Закономерности наследования признаков у человека устанавливаются методом
1) экспериментальным
2) гибридологическим
3) генеалогическим
4) наблюдения

А8. Специальность ученого, изучающего тонкие структуры хромосом, называется:
1) селекционер
2) цитогенетик
3) морфолог
4) эмбриолог

А9. Систематика – это наука, занимающаяся
1) изучением внешнего строения организмов
2) изучением функций организма
3) выявлением связей между организмами
4) классификацией организмов

Часть В

В1. Укажите три функции, которые выполняет современная клеточная теория
1) Экспериментально подтверждает научные данные о строении организмов
2) Прогнозирует появление новых фактов, явлений
3) Описывает клеточное строение разных организмов
4) Систематизирует, анализирует и объясняет новые факты о клеточном строении организмов
5) Выдвигает гипотезы о клеточном строении всех организмов
6) Создает новые методы исследования клетки

Часть С

С1. Французский ученый Луи Пастер прославился как «спаситель человечества», благодаря созданию вакцин против инфекционных заболеваний, в том числе таких как, бешенство, сибирская язва и др. Предложите гипотезы, которые он мог выдвинуть. Каким из методов исследования он доказывал свою правоту?

Человек на протяжении всего своего существования на Земле изучает разнообразие растительного и животного мира. Биологические науки, список которых постоянно пополняется, имеют большое значение для формирования современной естественнонаучной картины мира. Методы и подходы со временем совершенствуются, позволяя раскрывать многочисленные природные секреты.

Вконтакте

Появление термина

В основе термина лежат два греческих слова: bios – жизнь, logos – наука, учение. Кто ввел этот термин. Понятие биология означает совокупность наук о живой природе, раскрывает сущность жизни. Его предложили два видных ученых Г. Тревинарус и Ж.-Б. Лемарк еще в начале 19 века. Спустя два столетия наука продолжает активно развиваться, ученые уже достаточно далеко продвинулась в своих исследованиях.

Главные научные направления

Сегодня существуют многочисленные биологические дисциплины и отрасли , направленные на изучение живых существ, начиная от амебы с инфузорией и заканчивая человеческим организмом. Жизнь – основной предмет исследования. Разнообразие ее проявлений, влияние на окружающие процессы и явления, организация на всех уровнях и сегментах, входят в число объектов.

Назовем основные биологические дисциплины и подробно расскажем о некоторых из них:

• общая биология,
• системная,
• вирусология,
• микрология,
• микробиология,
• генетика,
• анатомия,
• этология,
• цитология,
• биология развития,
• палеонтология и прочие.

Важно знать, какая наука изучает строение и функции , является одной из основных дисциплин. Ее название — цитология . Предметом изучения являются все процессы, происходящие с клеткой: рождение, жизнедеятельность, размножение, питание, старение и гибель.

Биологические дисциплины

Любые проявления жизни становятся предметом изучения для биологов. К ним относят:

• распределение по территории,
• строение,
• происхождение,
• функции,
• развитие видов,
• связи с другими живыми существами и предметами .

Важно! Задача биологии – раскрыть и изучить суть всех биологических закономерностей, с целью их освоения и управления.

Методы изучения:

• наблюдение с целью описания явлений;
• сравнение – обнаружение общих закономерностей;
• эксперимент – искусственное создание ситуаций, выявляющие свойства организмов;
• исторический метод – познание окружающего мира с помощью имеющихся данных;
• моделирование — создания моделей разнообразных биологических систем;
• современные усовершенствованные методы, основанные на новейших технологиях и достижениях.

Основные отрасли, которые нужно знать, и предметы их изучения:

• зоология – животные;
• энтомология – насекомых;
• ботаника – растения;
• анатомия –строение тканей и органов;
• генетика – законы изменчивости и наследственности;
• физиология –сущность всего живого, жизнь при патологиях и норме;
• – взаимоотношение организмов с окружающей средой;
• бионика – организацию, структуру, свойства живой природы;
• биохимия – химический состав организмов и клеток, основные процессы, составляющие основу жизнедеятельности;
• биофизика – физические аспектах существования живой природы;
• микробиология – бактерии и прочие микроорганизмы;
• молекулярная биология – способы хранения и передачи генетической информации;
• клеточная инженерия – получение гибридных клеток;
• битехнология – использование продуктов жизнедеятельности организмов для технологических решений;
• селекция – выведение новых сортов, устойчивых к вредителям и суровому климату, улучшение качеств культурных растений.

Здесь перечислены далеко не все биологические науки, этот список может быть гораздо длиннее.

Экология – раздел биологии, изучающий отношения организмов друг с другом и окружающей средой. Раздел затрагивает не только факторы среды , ее физическую сущность, химический состав, но и ее загрязнение, нарушение ЭКО-цикла .

Эрнест Геккель в 1866 году придумал специальное название для этого научного направления. Раздел биологии, изучающий отношения организмов, их взаимодействие не только друг с другом, но и со средой, именуется прикладной экологией .

Она относится к отрасли биологии и является прикладной наукой, изучает механизмы разрушения человеком биосферы и способы предотвращения экологических катастроф. Отличается от прочих биологических областей тем, что ученым не приходится узнавать или изучать что-то новое, а использовать уже имеющиеся методики и разработки на практике.

Именно применением практических методов отличаются прикладные . Таким образом, мы ответили на вопрос, какая из биологических наук является практической или прикладной.

Чтобы добиться на практике реальных целей, нужны заказчик и инвестор. Часто крупные проекты и их реализацию финансирует государство: сохранение исчезающих видов животных , рациональное уничтожение отходов и сведение к минимуму загрязнения окружающей среды. Прикладной экологию принято считать потому, что она неразрывно связана со всеми процессами, происходящими с живыми существами.

Классификация

Любая обширная научная область предполагает деление на отдельные отрасли. Классификация биологических наук осуществляется на основании нескольких признаков. В зависимости от предмета или объекта изучения выделяются:

• зоология,
• ботаника,
• микробиология и другие.

По уровню, на котором рассматривается живая материя :

• цитология,
• гистология,
• молекулярная биология и другие.

По обобщенным свойствам организмов :

• биохимия,
• генетика,
• экология и прочие.

Классификация биологических наук не означает их всецелой принадлежности к определенной области, каждая тесно взаимосвязана с другими. Например, изучать клетки невозможно без знания о происходящих в них биохимических процессах.

Интересно! Таксономия грибов современности (гриб) — это ни растение, ни живое существо. Гриб относят к отдельному типу живых организмов, так что для его изучения применяют совсем иные способы. Это находится в ведении микологии — отрасли биологии.

Уникальный метод

Культура тканей – это метод, позволяющий выращивать ткани, а также их клетки вне организма. В теории его предложил еще в 1874 году Голубев А.Е., а на практике применил лишь в 1885 году Скворцов И.П. Затем этот метод совершенствовался и развивался.

Выращивание тканей вне организма — пример метода культуры клеток.

Суть методики такова: берется небольшой кусочек нужной ткани конкретного организма и помещается в специально подготовленную питательную среду . Процесс происходит в стерильных условиях и при оптимальной температуре. Через некоторое время из спокойного состояния ткань начинает переходить в нормальное, с делением, питанием и выделением продуктов жизнедеятельности. Находясь в такой среде, ткань может генерироваться с огромной скоростью, но нужно вовремя менять раствор, потому что загрязненная среда угрожает измельчением клеток и их гибелью.

Что изучает биология с помощью метода культуры тканей . В основном технология используется при доказательствах теорий не только в биологии, но и в медицине. Так был исследован один из сложных процессов – митоз . Изучалось деление клеток на стадии развития эмбриона у птиц и млекопитающих. Есть несколько заболеваний, подтвердить которые можно лишь с помощью этого метода, например, неправильное количество хромосом у человека. Всем известные вакцины от полиомиелита, оспы или кори разработаны с помощью культуры тканей. Это удивительный подход. Также его широко применяют в парфюмерии.

Создание органов или их частей пока не находит большого распространения в связи с этическими нормами. Кроме того, технология эта дорогостоящая. Подобные передовые методики востребованы во многих областях науки.

Интересно! Размножаются способом культуры тканей такие растения, как гербера, орхидея, женьшень и картофель.

Разделы

Морфология в биологии – одна из областей, изучающая строение организмов. В ней выделяют два основных раздела: эндономию и анатомию. Первая занимается исследованием внешних признаков живого существа , а вторая – внутренних. Что изучает морфология в разделе эндономии: критерии, по которым разделяют организмы на виды. Проводится классификация по внешнему виду, форме, размеру, окрасу и прочим признакам.

Долгое время именно они оставались единственными определяющими факторами, а внутреннее строение не учитывалось. Позже оказалось, что особи одного биологического вида могут делится на самцов и самок, появилось новое понятие — половой диморфизм .

Анатомия изучает внутреннее строение, находящееся выше клеточного уровня. На основе полученных данных производится систематизация видов в группы, что позволило выделить две основные группы органов: аналогичные, то есть одинаковые у всех видов, и гомологичные. К первым относят части тела, которые схожи по функциям, но имеют различное происхождение, а вторые – различное происхождение, но одинаковые функции. Пример гомологичных – передние конечности млекопитающих и крылья у птиц.

Биология – наука о живой природе

ЕГЭ Биология 1.1. Биология как наука, методы познания живой природы

Вывод

Набор дисциплин имеет огромное значение для дальнейшего развития практически всех сфер деятельности человека. Знание законов природы и устройства организмов помогает улучшить качество нашей жизни: совершенствовать способы лечения, производить новые медицинские препараты, косметические средства, улучшать качество продуктов питания, сохранить чистоту окружающей среды и многое другое.

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 (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.