1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ БИОЛОГИИ
Биология — система
наук, объектами изучения которой являются живые существа и их взаимодействие с
окружающей средой. 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.
Большинство
биологических наук является дисциплинами с более узкой специализацией.
Традиционно они группируются по типам исследуемых организмов:
ботаника изучает
растения,
зоология —
животных,
микробиология —
одноклеточные микроорганизмы. Области внутри биологии далее делятся либо по
масштабам исследования, либо по применяемым методам:
биохимия изучает
химические 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 — передачу
наследственной информации
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
науки используют методы наблюдения, моделирования (в том числе компьютерного),
описания, сравнения, экспериментов (опыта) и исторического сравнения.
2. ЗНАЧЕНИЕ ОБЩЕЙ БИОЛОГИИ
Теоретическое и
гуманитарное значение общей
биологии состоит прежде всего в формировании материалистического
мировоззрения. Основной вопрос
философии - о соотношении материи (бытия) и сознания - по сути вопрос
биологический. От выбора позиции (что первично - материя или сознание)
складывается либо материалистическое, либо идеалистическое понимание природы и
общества, формируются принципиально разные подходы в пользовании объектами
природы, в оценке социальных явлений, в выработке политических стратегий. К
сожалению, многие политики и даже философы с необыкновенной легкостью отдают
свои предпочтения различным (часто просто модным) идеалистическим построениям,
порой даже не задаваясь вопросом о том, что такое материя. Развитие реальной
демократии и свободы совести в нашей стране породили волну совершенно
неосмысленного обращения людей к мистике, астрологии и прочим маргинальным
проявлениям культуры. В то время как огромный массив накопленных реальных
научных знаний остается для большинства населения неизвестным и
невостребованным. Задачи средней школы в этом плане выполняются с низкой
эффективностью. Поэтому общее естественнонаучное просвещение студентов
гуманитарных специальностей стало актуальной задачей современного образования
именно в плане становления научного мировоззрения.
Другая гуманитарная
задача биологии состоит в формировании у современного человека экологического
мышления, суть которого
заключается в осознании себя частью природы и понимании необходимости охранять
и рационально использовать природные ресурсы. Актуальность задачи несомненна,
если учесть, что по некоторым прогнозам нынешние темпы и технологии
промышленного освоения Земли уже через 50-100 лет приведут к необратимым
изменениям среды обитания человечества. Это означало бы постепенное вымирание
человека и большинства других объектов живой природы как биологических видов
(что случилось, например, с динозаврами) и, в лучшем случае, замещение
современных экологических сообществ новыми, более приспособленными к измененной
среде обитания. Таким образом, понимание основ биологии и экологии необходимо
каждому человеку и в особенности его технократической, гуманитарной и
политической элите с целью сохранения и устойчивого развития биосферы Земли.
Практическое
значение биологии состоит в
том, что она является научной основой всех технологий производства
продовольствия. Возможности
экстенсивного воспроизводства продуктов питания на Земле практически исчерпаны.
Целинные земли России и Казахстана, освоенные в 50-е и 60-е годы нашего
столетия, явились чуть ли не последними резервами пахотных земель. Огромные
площади ежегодно выводятся из сельскохозяйственного использования в результате
их засоления, опустынивания, превращения в дно искусственных водоемов при
строительстве гидроэлектростанций. По этим причинам современное сельское
хозяйство обречено развиваться на основе интенсивных технологий. Простое
возделывание овощей или пшеницы, выращивание скота, птицы и т.п. требует знания
условий и динамики их размножения и роста, особенностей минерального и
органического питания, совместимости с другими культурами, отношения к
сорнякам, паразитам, бактериям и вирусам, которыми буквально кишит наша общая
среда обитания. Особое значение в 20 веке приобрели методы генетических
модификаций и селекции объектов сельскохозяйственного производства. Выведение
новых пород животных и сортов растений, приспособленных к конкретным местным
условиям - давняя практика. Но современная селекция не может базироваться на
основе проб и ошибок, она использует точные, математизированные законы
генетики. В процветающих фермерских хозяйствах США и других развитых стран
селекционно-генетическая работа столь же обычна и обязательна, как и ежедневная
уборка коровника или прополка грядок. Генетик здесь одна из самых
востребованных профессий. В последние годы быстрыми темпами развиваются и новые
биотехнологии, основанные на генной и клеточной инженерии, клонировании,
получении трансгенных (с пересаженными генами), или генетически
модифицированных (GM), организмов. Освоенные вначале на бактериях, эти методы
уже используются для получения химерных животных и растений с заранее
спланированными свойствами. И хотя GM-технологии в растениеводстве и
животноводстве встречают у потребителей настороженный прием, по сути речь идет
о биотехнологической революции, о формировании новой культуры и практики
природопользования. И все эти вопросы находятся в поле исследования современной
биологии.
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.
Отдельной главой стоит производство современных лекарств, в котором
химики-фармацевты все более уступают место молекулярно-клеточным биологам.
Геннно-клеточные инженерные технологии способны дать экологически и генетически
чистые лекарства, а пересаженные гены могут вообще устранить хроническую
болезнь, например, сахарный диабет.
В последние годы впрямую
встала и проблема искусственного производства человека. Искусственное
оплодотворение (при необходимости преодолеть мужское бесплодие) - давно и
успешно решаемая задача. Но появилась принципиально новая технология зачатия и
размножения путем клонирования потомства вообще без мужских половых клеток.
Пока это сделано на животных (в Японии с 1990
г. выводят клонированных коров, в Великобритании получена знаменитая овечка по
кличке Долли), но и в отношении человека методических препятствий для
клонирования уже нет. Зато возникает масса чисто гуманитарных, этических и даже
юридических проблем, решать которые можно имея хотя бы общее понимание
биологического существа дела.
3. МЕТОДЫ БИОЛОГИИ
Говоря о методах науки в
широком смысле, имеют в виду не конкретные технологические приемы (методики), а
методологические принципы, подходы к изучению
объектов, явлений, их связей. В общем методы биологии те же, что и в других
естественных науках.
Процесс научного
познания принято разделять на две стадии: эмпирическую и теоретическую. Это
разделение не абсолютно, так как эмпирическая стадия всегда развивается на
основе предсуществующих теорий или гипотез, а на теоретической стадии обычно
возникает необходимость в эмпирической проверке выдвигаемых новых гипотез.
На эмпирической
стадии используются
следующие методы.
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. Для
этих целей в современной биологии применяют как традиционные средства полевых
исследований - от бинокля до глубоководных аппаратов с видеокамерами ночного
видения, так и сложное лабораторное оборудование - микроскопы, в том числе
спектральные и электронные, биохимические анализаторы, радиоактивные метки,
ультрацентрифуги, разнообразную измерительную аппаратуру.
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.
Любой из названных
подходов требует количественного учета и математического описания структур и
явлений. Биология все более становится точной наукой, хотя выявляемые в ней
закономерности носят обычно вероятностный характер и описываются методами
вариационной статистики. Это означает, что то или иное событие не строго детерминировано
(предопределено), а ожидается с той или иной степенью вероятности. На основе
выявляемых статистических закономерностей можно осуществлять математическое
моделирование биологических процессов и прогноз их развития. Например,
можно построить модель состояния жизни в водоеме через энное время при
изменении одного, двух или более параметров (температуры, концентрации солей,
наличия хищников и др.). Такие приемы стали возможны благодаря проникновению в
биологию идей и принципов кибернетики - науки об управлении.
Системный метод , как и кибернетический подход, 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.
Широкое развитие
системного движения в современной науке, в том числе и в биологии, означает
постепенный переход от анализа к синтезу. Анализ
- это дискретный подход, углубление в структуру и функции отдельных
элементов системы - внутри клетки, внутри организма, внутри экологического
сообщества. Синтез означает интегративный подход, изучение
целостных характеристик системы - клетки, организма, биоценоза. Исследование
всегда совершается сначала от общего к частному - анализ, а потом от частного к
общему, но на новом уровне познания этого общего - синтез. С аналитическим
подходом в биологии связаны открытия химической и микроструктурной организации
живых объектов, выяснение видового разнообразия среди животных, растений,
микроорганизмов, выявление генетической неоднородности организмов внутри
популяций и другие внутренние характеристики систем. Постепенно объем
накопленных аналитических данных становился достаточным для перехода к их
синтезу. Так возникли синтетическая теория эволюции, нейро-гуморальная
физиология, современная иммунология, молекулярно-клеточная биология, новая
мегасистематика организмов, основанная на их комплексной характеристике - от
экологии и анатомии до молекулярной генетики. Решается актуальная задача
современного естествознания - создание целостной биологической картины мира.
Повышение интереса к
синтезу в науке свидетельствует о переходе от эмпирической к
теоретической стадии познания. От получения фактов,
через их обобщение начинается выдвижение новых гипотез, далее
обычно следует их повторная эмпирическая проверка (новые
наблюдения, эксперименты, сравнения, моделирования). Эмпирическая проверка
ведет либо к опровержению гипотезы, либо к ее подтверждению с той или иной
степенью вероятности. Высоко достоверные гипотезы становятся законами,
из них слагаются теории. Но и эти законы, теории носят
относительный характер, так как рано или поздно могут быть пересмотрены.
Материал нашего пособия
как раз и содержит такие общие теоретические, концептуальные положения
современной биологии, хотя в определенной мере мы будем приводить и их
эмпирические обоснования. Для начала сформулируем эти положение в общем виде,
чтобы яснее были видны конечные цели и пути нашего экскурса в общую биологию.
Та или иная
естественнонаучная концепция представляет некую взаимосвязанную
группу понятий, гипотез, теорий, объясняющих какое-нибудь фундаментальное
явление или свойство природы. Основные биологические концепции
объясняют феномен и свойства жизни. К настоящему времени еще не
сложилась какая-либо определенная система биологических концепций. Разные
авторы формулируют и комбинируют их по-разному, хотя суть от этого обычно не
страдает. Мы предлагаем свой вариант из пяти концептуальных обобщений
современной биологии.
1. Концепция
системной многоуровневой организации жизни: все живые объекты являются системами разного уровня
сложности. Биологические системы образуют непрерывную иерархию уровней
структурно-функциональной организации.
2. Концепция
материальной сущности жизни:
жизнь материальна, ее физико-химическую основу составляет обмен веществ и
энергии. В философском смысле это означает первичность материи и вторичность
сознания (материализм).
3. Концепция
биологической информации и самовоспроизведения жизни: живые организмы воспроизводятся на основе собственной
(генетической) информации при взаимодействии с внешней (эпигенетической)
информацией. Результатом этого взаимодействия является индивидуальное развитие
организмов (онтогенез).
4. Концепция
саморегуляции живых систем:
живые системы поддерживают относительное постоянство своих внутренних связей и
условий функционирования (гомеостаз) на основе сочетания прямых положительных и
обратных отрицательных связей.
5. Концепция
самоорганизации и биологической эволюции: живой мир возник в результате самоорганизации из неживых
химических систем и претерпевает необратимое историческое развитие (филогенез)
на основе наследственной изменчивости и естественного отбора популяций
организмов, наиболее приспособленных к меняющимся условиям среды.
Предложенная схема не
является перечнем биологических дисциплин и в этом смысле не соответствует
традиционному построению учебников по обшей биологии (наиболее типичный план
включает последовательно главы по биохимии и молекулярной биологии, цитологии,
биологии индивидуального развития, генетике, теории эволюции, экологии).
Формулируя концепции, мы использовали синтетический подход, хотя некоторые из
них базируются преимущественно на одной-двух ключевых дисциплинах. Учащимся
предлагается самим, используя общедоступную учебную литературу и комбинируя
информацию из разных глав, найти дополнительный материал по предложенным
концепциям современной биологии.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.