Методы изучения биологии, связь с другими науками.
Биология, наука о жизни. Предмет, задачи, цели.
Биология - наука о жизни. Ее название возникло из сочетания двух греческих слов: bios (жизнь) и logos ( слово, учение) Биология изучает строение, проявление жизнедеятельности, среду обитания всех живых организмов: бактерий, грибов, растений, животных, человека.
Основные задачи биологи - раскрытие общих свойств живых организмов и объяснение причин их многообразия, выявление связей между строением и условиями окружающей среды. Важное место в этой науке занимают вопросы возникновения и законы развития жизни на Земле - эволюционное учение. Понимание этих законов является основой научного мировоззрения и необходимо для решения практических задач.
Биологию подразделяют на отдельные науки по предмету изучения.
Так, микробиология изучает мир бактерий; ботаника исследует строение и жизнедеятельность растений; зоология -животных и т.д. Вместе с тем развиваются области биологии, изучающие общие свойства живых организмов: генетика - закономерности наследования, биохимия - пути превращения органических молекул, экология - взаимоотношения популяций с окружающей средой. Функции живых организмов изучает физиология.
В соответствии с уровнем организации живой материи выделились такие научные дисциплины, как молекулярная биология, цитология - учение о клетке, гистология - учение о тканях и т.д.
Практическое значение биологии состоит в том, что она является
научной основой всех технологий производства продовольствия.
Совершенно особое гуманитарно-практическое значение имеет биология
как теоретическая основа медицины. Причины и механизмы большинства
патологий (болезней) кроются в нарушениях работы генов и их продуктов -
клеточных белков. Понять эти причины и механизмы - значит наполовину решить и
проблему их устранения или лечения больного человека. Взаимодействие клеток с
вирусами, сожительство с бактериями, формирование иммунитета к новым и новым
антигенам, возникновение неконтролируемого ракового роста клеток, молекулярная
природа памяти, развитие наркозависимости, причины старения ... - это огромный
и нескончаемый перечень проблем, решаемых сегодня медико-биологической наукой.
Методы изучения биологии, связь с другими науками.
Наблюдение - изучение объектов живой природы в естественных
условиях существования. Это - непосредственное наблюдение (в буквальном
смысле) за поведением, расселением, размножением животных и растений в природе,
визуальное или инструментальное определение характеристик организмов, их
органов, клеток, химический анализ состава и обмена веществ.
Экспериментальный метод (опыт) предполагает исследования живых
объектов в условиях экстремального действия факторов среды - измененной
температуры, освещенности или влажности, повышенной нагрузки, токсичности или
радиоактивности, измененного режима или места развития (удаление или пересадка
генов, клеток, органов, интродукция животных и растений, космические полеты и
т.п.). Экспериментальный метод позволяет выявить скрытые свойства, потенции,
пределы адаптивных (приспособительных) возможностей живых систем, степень их
гибкости, надежности, изменчивости.
Сравнительный (исторический) метод выявляет эволюционные
преобразования биологических видов и их сообществ. Сопоставляют
анатомическое строение, химический состав, структуру генов и другие признаки у
организмов разного уровня сложности. При этом исследуются не только ныне
живущие организмы, но и давно вымершие, сохранившиеся в виде окаменелых
останков в палеонтологической летописи.
Системный метод относится к категории новых междисциплинарных методов исследования. Живые объекты
рассматриваются как системы, то есть совокупности
элементов с определенными отношениями. С учетом иерархичности живых систем
каждый объект может рассматриваться одновременно как система и как элемент
системы более высокого порядка. Поэтому принципы системной организации
справедливы для всех уровней - от макромолекул до биосферы Земли.
Анализ - это дискретный подход, углубление в структуру и функции
отдельных элементов системы - внутри клетки, внутри организма, внутри
экологического сообщества.
Биология тесно связана с другими естественными науками. Так, на стыке между биологией и химией появились биохимия и молекулярная биология, между биологией и физикой – биофизика, между биологией и астрономией – космическая биология. Экология, находящаяся на стыке биологии и географии, в настоящее время рассматривается как самостоятельная наука.3. Свойства или признаки живых организмов, их общая характеристика.
Основные признаки живых организмов
Сходный химический состав. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение этих элементов различно. В живых организмах 98% химического состава приходится на четыре химических элемента: углерод(C), азот (N), кислород (O) и водород (H). Основными биогенными элементами являются четыре перечисленные, а так же фосфор (P) и сера (S).
Кроме того, все живые организмы построены из основных групп органических соединений: нуклеиновых кислот, белков, углеводов и липидов.
Обмен веществ и энергии. Организмы представляют собой открытые системы, являющиеся устойчивыми только при условии непрерывного доступа к ним вещества и энергии. Использование внешних источников энергии в виде пищи, света и др. является важнейшим признаком всех живых организмов. Через живые организмы проходят потоки вещества и энергии. При этом любая живая система находится в состоянии динамического равновесия.
Основу обмена веществ составляют взаимосвязанные и сбалансированные процессы ассимиляции (синтеза веществ в организме) и диссимиляции (разложения сложных органических соединений до более простых с выделением энергии, необходимой для реакций биосинтеза). Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава всех частей организма.
Самовоспроизведение. Любая живая система существует ограниченный период времени. В этой связи поддержание жизни связано с самовоспроизведением. Особи любого биологического вида рано или поздно перестают существовать, но благодаря способности особей к самовоспроизведению (размножению) жизнь биологического вида не прекращается. В основе самовоспроизведения лежит образование молекул и структур, заложенных в нуклеиновой кислоте ДНК. Самовоспроизведение тесно связано со свойством наследственности.
Наследственность. Любое живое существо рождает себе подобных. Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития последующим поколениям. Она обусловлена относительной стабильность, т.е. постоянством строения молекул ДНК.
Изменчивость. Изменчивость – это свойство всех живых организмов противоположное наследственности. Изменчивость связана с приобретением организмами новых признаков и свойств. Изменчивость создает материал для отбора наиболее приспособленных особей к конкретным условиям их существования, что, в свою очередь, приводит к возникновению новых форм.
Способность к росту и развитию. Это свойство, присущее любому живому организму, обеспечивает специфическую структурную организацию особи. Продолжительность жизни особей ограничена процессами старения, приводящей в конечном итоге к смерти особи. Рост – увеличение в размерах и массе с сохранением общих черт строения. Рост сопровождается развитием. В результате развития возникает качественное изменение живой системы. Развитие живой материи представлено индивидуальным и историческим развитием. Индивидуальное развитие организма сопровождается постепенным проявлением свойств биологического вида у особи. Историческое развитие сопровождается образованием новых видов и прогрессивным усложнением живого, приводящее к многообразию живых организмов на Земле. Историческое развитие можно рассмотреть как отдельное свойство – способность к эволюционному развитию.
Способность к эволюционному развитию. Все живые организмы существуют не только в пространстве, но и во времени. Эволюционное развитие (филогенез) – необратимое и в известной степени направленное историческое развитие живой природы, сопровождающееся прогрессивным усложнением живых структур. Результатом эволюционного развития является многообразие живого на Земле.
Раздражимость. Раздражимость является выражением общих свойств всех тел живой природы – свойства отражения - признаком, характерным для всего живого и связанного с передачей информации из внешней среды любой биологической системе (клетке, органу, организму). Раздражимость – ответная реакция организма или клетки на действие внешних и внутренних раздражителей. Благодаря этому свойству организм избирательно реагирует на изменения условий внешней среды. Всякое изменение окружающей среды является раздражителем, а реакция организма – раздражимостью. Сочетание взаимодействий раздражитель – ответная реакция могут накапливаться и сохраняться в виде опыта и использоваться в дальнейшем.
Ритмичность. Все процессы, протекающие в живых системах, являются циклическими. Можно наблюдать как очень короткие биоритмы (электрическая активность мозга, сердечные сокращения, дыхательные движения, перистальтика желудка, смена стадий сна), более длинные ритмы (смена сна и бодрствования, менструальные циклы, годичные циклы развития), а также ритмы с периодом в несколько лет.
Приспособленность к среде обитания. Все живые организмы определенным образом приспособлены к конкретным условиям обитания. В процессе эволюционного развития у них сформировались приспособления, позволяющие им существовать в этих условиях среды. В ответ на изменения условий окружающей среды организмы могут определенным образом адаптироваться. Любая приспособленность является относительной.
Саморегуляция. Живые организмы обладают способностью поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность обменных процессов. Недостаток поступления каких-либо питательных веществ мобилизует внутренние ресурсы организма, а избыток вызывает прекращение синтеза этих веществ клетками организма.
Дискретность. Дискретность (от лат. discretus – прерывистый, состоящий из отдельных частей) – это общее свойство всего живого. Любая живая система состоит из отдельных, но тесно взаимодействующих частей, которые образуют структурное и функциональное единство системы.