Историческое развитие биологии. Краткая история развития биологии
Вспомните!
Какие достижения современной биологии вам известны?
Каких учёных-биологов вы знаете?
Современная биология уходит корнями в глубокую древность, мы находим её истоки в цивилизациях прошлых тысячелетий: в Древнем Египте, Древней Греции.
Первым учёным, создавшим научную медицинскую школу, был древнегреческий врач Гиппократ (ок. 460 – ок. 370 до н. э.). Он считал, что у каждой болезни есть естественные причины и их можно узнать, изучая строение и жизнедеятельность человеческого организма. С древних времён и по сей день врачи торжественно произносят клятву Гиппократа, обещая хранить врачебную тайну и ни при каких обстоятельствах не оставлять больного без медицинской помощи.
Обычно этот сахар используется растущим эмбрионом, но если эмбрион прекращает расти, накопление сахара повышает осмотическое давление, препятствуя дальнейшему зародышеобразованию, гиббереллин-зависимому производству амилазы. Таким образом, сигнал гиббереллина контролируется позже в схеме путем прямой обратной связи на алейроне.
Структуры проектирования супраорганизма: предельная ценность и теория игр
Стабильность систем и реакция на возмущение
Встроенная тенденция любой системы - стабильность. Естественная тенденция подсистем к индивидуальной стабильности или сопротивлению переопределяется более сложными взаимодействиями, связью и контролем обратной связи во всей системе. Такое поведение подчеркивает трудность исследования редукционистским подходом к сохранению инвариантного поведения внутренних и внешних компонентов, с которыми подсистемы системно взаимодействуют в реальной жизни.Великий энциклопедист древности Аристотель (384–322 до н. э.) стал одним из основателей биологии как науки, впервые обобщив биологические знания, накопленные до него человечеством. Он разработал систематику животных, определив в ней место и человеку, которого он называл «общественным животным, наделённым разумом». Многие труды Аристотеля были посвящены происхождению жизни.
Были построены простые модельные системы, но, к сожалению, они включали непризнанную отрицательную обратную связь. Когда вход был изменен, выход этих простых систем достиг нового устойчивого состояния тремя типами поведения: простое гиперболическое изменение, начальное перерегулирование или, что еще более удивительно, недокус. Какая бы траектория не была принята, она зависела просто от начальных условий, то есть от состояния системы в то время.
Метаболические пути - очень простые системы. Группа ферментов связана между собой субстратами и продуктами, и путь имеет измеримый выход. Современная технология позволяет точно манипулировать уровнями конкретных ферментов во многих путях, что привело к большим успехам в понимании поведения системы. разработали недвусмысленные методы измерения контроля, осуществляемого каким-либо конкретным ферментом. Простейшей формой контроля является измерение чувствительности, с которой выход реагирует на постепенное снижение конкретного фермента.
Древнеримский учёный и врач Клавдий Гален (ок. 130 – ок. 200), изучая строение млекопитающих, заложил основы анатомии человека. В течение следующих пятнадцати веков его труды были основным источником знаний по анатомии.
В Средние века в Европе воцарился период застоя во всех областях знаний. В это время традиции античных авторов нашли своё продолжение в странах Передней и Средней Азии, где жили и творили такие выдающиеся учёные, как Абу Али Ибн Сина (Авиценна ) (ок. 980–1037) и Абу Рейхан Мухаммед ибн Ахмет аль-Бируни (973 – ок. 1050). От того времени в современной анатомической номенклатуре сохранилось множество арабских терминов.
На рис. 3 приведены кривые отклика для многочисленных ферментов. Типичное положение, обнаруженное для практически всех исследованных ферментов, обозначено стрелкой. Контроль обычно распределяется между всеми ферментами в последовательности в различной степени и с некоторыми ферментами вне прямой последовательности. Традиционные идеи ступеней ограничения скорости, в которых весь контроль был установлен в одном ферменте, экспериментально не поддерживались, и это простое понятие в значительной степени было отброшено.
Однако подробный контрольный анализ фотосинтеза, дыхания и других путей ясно показал, что контрольные значения каждого фермента сильно изменились по мере изменения внутренних и внешних условий окружающей среды. Чувствительные шаги, которые могут быть использованы для изменения системы, в свою очередь меняются с условиями окружающей среды, что ограничивает ценность теории управления для прогнозирования возможных контрольных точек. Это также напоминает предыдущие выводы о поведении системных систем в контексте окружающей среды.
Наступление эпохи Возрождения ознаменовало начало нового периода в развитии биологии.
Резко возрос интерес к биологии в эпоху Великих географических открытий (XV в.). Открытие новых земель, налаживание торговых отношений между государствами расширяли сведения о животных и растениях. Ботаники и зоологи описывали множество новых, неизвестных ранее видов организмов, принадлежащих к различным царствам живой природы.
Системные подходы позволяют ученым растений понять структурную устойчивость растений, их структуру управления и проектирования, а также то, как они приводят к устойчивому и устойчивому поведению. Эти возможности являются результатом сложной биологической системы, в которой контроль работает на разных уровнях. Сложность - серьезная биологическая проблема, и вполне вероятно, что биологические системы являются наиболее сложными. Все чаще ученые должны будут зависеть от вычислительных биологи для создания моделей, которые затем могут быть протестированы в лабораторных условиях.
Один из выдающихся людей этой эпохи – Леонардо да Винчи (1452–1519) – описал многие растения, изучал строение человеческого тела, деятельность сердца и зрительную функцию.
После того как был снят церковный запрет на вскрытие человеческого тела, блестящих успехов достигла анатомия человека, что получило отражение в классическом труде Андреаса Везалия (1514–1564) «Строение человеческого тела» (рис. 1). Величайшее научное достижение – открытие кровообращения – совершил в XVII в. английский врач и биолог Уильям Гарвей (1578–1657).
Однако, как указано здесь, лабораторные условия являются лишь одним из экологических факторов среди многих, в которых развиваются растительные системы. Через 10 лет, по моим собственным оценкам, молекулярные исследовательские группы растений будут наполовину модельерами и полумощными исследователями, производящими новые данные для модельеров. Хотя механистические подходы по-прежнему будут ценным первым шагом, их значимость будет уменьшаться по мере того, как возрастает потребность в понимании конструкции модулей проектирования системы.
Новую эру в развитии биологии ознаменовало изобретение в конце XVI в. микроскопа. Уже в середине XVII в. была открыта клетка, а позднее обнаружен мир микроскопических существ – простейших и бактерий, изучено развитие насекомых и принципиальное строение сперматозоидов.
В XVIII в. шведский натуралист Карл Линней (1707–1778) предложил систему классификации живой природы и ввёл бинарную (двойную) номенклатуру для наименования видов.
Однако модели могут служить основой для работы системы. Влажная наука останется абсолютным требованием для тестирования и уточнения моделей. Поскольку эволюция лежит в основе связей и управления системами, а эволюция редко работает в линейной или простой прогрессии, первоначальные простые модели обычно требуют значительного уточнения. Это эссе в основном историческое и не имеет отношения к нынешним развивающимся представлениям о поведении системы у дрожжей и бактерий, поддающихся обработке организмов, в которых будут сделаны готовые успехи и которые будут служить ключом к поисковым подходам и моделированию растений.
Карл Эрнст Бэр (Карл Максимович Бэр ) (1792–1876), профессор Петербургской медико-хирургической академии, изучая внутриутробное развитие, установил, что зародыши всех животных на ранних этапах развития схожи, сформулировал закон зародышевого сходства и вошёл в историю науки как основатель эмбриологии.
Первым биологом, который попытался создать стройную и целостную теорию эволюции живого мира, стал французский учёный Жан Батист Ламарк (1774–1829). Палеонтологию, науку об ископаемых животных и растениях, создал французский зоолог Жорж Кювье (1769–1832).
Системы - это иерархические структуры, в которых влияние распространяется в обоих направлениях способами, которые только частично поняты. Новые свойства, которые являются результатом сложных взаимодействий и элементов управления во многих местах в системе, остаются нерешенной проблемой, но расширенное моделирование выявит больше информации о некоторых более сложных ситуациях. Сейчас настало время включить компьютерное моделирование так же, как центрифуга, термоцикл и другие лабораторные инструменты в программы научных исследований растений, а не просто манипулировать языком, как это делается здесь.
Огромную роль в понимании единства органического мира сыграла клеточная теория зоолога Теодора Шванна (1810–1882) и ботаника Маттиаса Якоба Шлейдена (1804–1881).
Рис. 1. Титульный лист книги А. Везалия «Строение человеческого тела», напечатанной Иоганном Опорином в 1543 г.
Крупнейшим достижением XIX в. стало эволюционное учение Чарлза Роберта Дарвина (1809–1882), которое имело определяющее значение в формировании современной естественно-научной картины мира (рис. 2).
История науки показывает переход от «маленькой науки» от одного исследователя к все более крупной, дорогостоящей, многонациональной, междисциплинарной и взаимозависимой «большой науке». В физике и смежных областях этот сдвиг хорошо документирован, но рост сотрудничества в области наук о жизни и его влияние на научную работу и знания мало внимания уделяется. Исследования в области биологии демонстрируют различные исторические траектории и организацию сотрудничества в полевых и лабораторных исследованиях - различия, которые все еще видны в современном сотрудничестве, таких как «Перепись морской жизни и проект генома человека».
Основоположником генетики, науки о наследственности и изменчивости, стал Грегор Иоганн Мендель (1822–1884), работы которого настолько опередили своё время, что были не поняты современниками и открыты заново спустя 35 лет.
Одним из основателей современной микробиологии стал немецкий учёный Роберт Кох (1843–1910), а труды Луи Пастера (1822–1895) и Ильи Ильича Мечникова (1845–1916) определили появление иммунологии.
Мы используем эти тематические исследования как стратегические образцы, дополненные существующими исследованиями по сотрудничеству в области биологии, чтобы разоблачить различные мотивы, организационные формы и социальную динамику, лежащие в основе современного крупномасштабного сотрудничества в области биологии и их отношений с историческими образцами сотрудничества в области наук о жизни. Мы находим взаимодействие между предметом исследования, исследовательским подходом, а также исследовательской организацией, влияющей на модели сотрудничества и работу ученых.
Развитие физиологии связано с именами великих российских учёных Ивана Михайловича Сеченова (1829–1905), заложившего основы изучения высшей нервной деятельности, и Ивана Петровича Павлова (1849–1936), создавшего учение об условных рефлексах.
XX в. ознаменовался бурным развитием биологии. Мутационная теория Гуго де Фриза (1848–1935), хромосомная теория наследственности Томаса Ханта Моргана (1866–1945), учение о факторах эволюции Ивана Ивановича Шмальгаузена (1884–1963), учение о биосфере Владимира Ивановича Вернадского (1863–1945), открытие антибиотиков Александром Флемингом (1881–1955), установление структуры ДНК Джеймсом Уотсоном (р. 1928) и Фрэнсисом Криком (1916–2004) – невозможно перечислить всех тех, кто своим самоотверженным трудом создавал современную биологию, которая в настоящее время является одной из наиболее бурно развивающихся областей человеческого знания.
В науке достаточно одного времени жизни, чтобы засвидетельствовать серьезные преобразования. Несмотря на то, что 20-й век стал основным событием в физическом исследовании, его вторая половина была отмечена трансформациями в молекулярной биологии. Победители Нобелевской премии Джеймс Уотсон и Джон Сулстон засвидетельствовали, внесли свой вклад и зафиксировали эти изменения. Они работали относительно независимо, а число других ученых, фигурирующих в «Двойной спирали», ограничено. Уотсон описывает научные поиски небольшой группы ученых, проводящих исследования в маломасштабной академической среде.
Система биологических наук. Современная биология – это совокупность естественных наук, изучающих жизнь как особую форму существования материи. Одними из первых в биологии сложились комплексные науки: зоология, ботаника, анатомия и физиология. Позднее внутри них сформировались более узкие дисциплины, например внутри зоологии появилась ихтиология (наука о рыбах), энтомология (о насекомых), арахнология (о пауках) и т. д. Многообразие организмов изучает систематика, историю живого мира – палеонтология. Различные свойства живого являются предметом исследования таких наук, как генетика (закономерности изменчивости и наследственности), этология (поведение), эмбриология (индивидуальное развитие), эволюционное учение (историческое развитие).
История Сулстона передает совершенно другой мир. Хотя карьера Султсона началась в исследовательском сообществе червя в той же малой академической среде, что и Уотсон - Лаборатория молекулярной биологии в Кембридже, - его описание его более поздних лет, расшифровывающих человека геном иллюстрирует радикально иной мир, включающий планирование и адаптивное управление крупным динамичным проектом с четкой миссией, огромными бюджетными и дорогостоящими инструментами, в которых участвуют сотни ученых в лабораториях, охватывающих весь мир.
Более того, исключительно академическая среда вытесняется международной и политической обстановкой, включая академические круги, правительства, финансовые организации, бизнес, средства массовой информации и общественность. Как и в области молекулярной биологии, исследования в области экологии претерпевают значительные изменения, быстро переходя от исследований одного исследователя, проведенных в течение нескольких квадратных метров за один учебный сезон, к большому, взаимозависимому, трансдисциплинарному межсекторальному сотрудничеству, сочетающему базовую и прикладную науку, Фред Грассл, старший морской биолог, сотрудничавший в течение десятилетия, международный «Перепись морской жизни», стал свидетелем и внес свой вклад в эти изменения.
Рис. 2. Титульная страница книги Ч. Дарвина «Происхождение видов путём естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» (издание 1859 г.)
В середине XX в. в биологию начали активно проникать методы и идеи других естественных наук. На границах смежных дисциплин возникали новые биологические направления: биохимия, биофизика, биогеография, молекулярная биология, космическая биология и многие другие. Широкое внедрение математики в биологию вызвало рождение биометрии. Успехи экологии, а также всё более актуальные проблемы охраны природы способствовали развитию экологического подхода в большинстве отраслей биологии.
Интерес к морской биологии был вызван тем, что учитель биологии, изучающий морских беспозвоночных, приглашал его изучать тайны жизни на дне моря. Полагая, что недостаточно внимания уделяется морскому биоразнообразию, он также разработал и инициировал перепись населения «Морская жизнь» - амбициозный крупномасштабный международный междисциплинарный исследовательский проект, посвященный каталогизации всей океанической жизни. Перепись показала, что возраст открытия еще не завершен, а также создала международную сеть морских ученых, расширила временную диапазон морских исследований, включая прошлое, настоящее и будущее, а также преобразованную исследовательскую практику путем разработки новых технологий, баз данных и новых стратегий управления и коммуникации.
На рубеже XX и XXI вв. с огромной скоростью начала развиваться биотехнология – направление, которому несомненно принадлежит будущее. Последние достижения в этой области открывают широкие перспективы для создания биологически активных веществ и новых лекарственных препаратов, для лечения наследственных заболеваний и осуществления селекции на клеточном уровне.
Эти научные биографии демонстрируют в личных терминах широкие и устойчивые культурные, организационные и исторические сдвиги в том, как биологи взаимодействуют и соотносятся с их объектами исследования. Эта статья посвящена этим преобразованиям в оркестровке, поведении и структуре современного сотрудничества в науках о жизни. Мы рассматриваем факторы, связанные с возникновением большого, сложного, взаимозависимого сотрудничества в области наук о жизни и того, как они способствовали изменениям в «выполнении биологии», которые Грассл, Уотсон и Сулстон и их современники были свидетелями в течение нескольких десятилетий.
В настоящее время биология стала реальной производительной силой, по развитию которой можно судить об общем уровне развития человеческого общества.
Вопросы для повторения и задания
1. Расскажите о вкладе в развитие биологии древнегреческих и древнеримских философов и врачей.
2. Охарактеризуйте особенности воззрений на живую природу в Средние века, эпоху Возрождения.
Мы делаем это, просматривая доказательства растущих темпов сотрудничества в области наук о жизни, одновременно демонстрируя, что сотрудничество было распространено на протяжении всей их истории. На основе этого исторического обзора мы обсудим различия в траекториях развития сотрудничества в молекулярной биологии и экологии, утверждая, что наследственное эпистемологическое и организационное наследие продолжает структурировать и информировать современную исследовательскую практику. Это дает общее представление о причинах и последствиях изменения моделей взаимодействия в биологии при определении и анализе важных различий в лабораторных и полевых исследованиях.
3. Используя знания, полученные на уроках истории, объясните, почему в Средние века в Европе наступил период застоя во всех областях знаний.
4. Какое изобретение XVII в. дало возможность открыть и описать клетку?
5. Каково значение для биологической науки работ Л. Пастера и И. И. Мечникова?
6. Перечислите основные открытия, сделанные в биологии в XX в.
7. Назовите известные вам естественные науки, составляющие биологию. Какие из них возникли в конце XX в.?
Подумайте! Выполните!
1. Проанализируйте изменения, произошедшие в науке в XVII–XVIII вв. Какие возможности они открыли перед учёными?
2. Как вы понимаете выражение «прикладная биология»?
3. Решение каких проблем человечества зависит от уровня биологических знаний?
4. Проанализируйте материал параграфа. Составьте хронологическую таблицу крупных достижений в области биологии. Какие страны в какие временные периоды были основными «поставщиками» новых идей и открытий? Сделайте вывод о связи между развитием науки и другими характеристиками государства и общества.
5. Приведите примеры современных дисциплин, возникших на стыке биологии и других наук, не упомянутые в параграфе. Что является предметом их изучения? Попробуйте предположить, какие разделы биологии могут возникнуть в будущем.
6. Обобщите информацию о системе биологических наук и представьте её в виде сложной иерархической схемы. Сравните схему, созданную вами, с результатами, которые получились у ваших одноклассников. Одинаковы ли ваши схемы? Если нет, объясните, в чём их принципиальные отличия.
8. Организационный проект. Выберите важное событие в истории биологии, годовщина которого приходится на текущий или следующий год. Разработайте программу вечера (конкурса, викторины), посвящённого этому событию.
Работа с компьютером
Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.
Повторите и вспомните!
Ботаника
В настоящее время ботаническая наука разделилась на ряд самостоятельных, но одновременно взаимосвязанных дисциплин.
Морфология в широком смысле слова – это наука о строении растений, в узком смысле – наука о внешнем их строении. Анатомия исследует внутреннее строение растений. Из анатомии растений выделилась цитология , изучающая строение клетки. С изобретением электронного микроскопа возможности цитологических исследований значительно расширились. Особое значение приобрела эмбриология растений , изучающая ранние стадии развития растительных организмов. Физиология растений исследует процессы, происходящие внутри растительного организма. Палеоботаника изучает ископаемые остатки растений, что позволяет восстановить историю растительного мира. Геоботаника – наука о растительном покрове Земли, распространении и закономерностях размещения растительных сообществ. Часто в состав геоботаники включают географию растений .
В настоящее время активно развиваются прикладные отрасли ботаники: растениеводство, лесное хозяйство, фармакология и парфюмерная промышленность. Велика роль ботаники в увеличении продуктивности культурных растений, в решении мировой продовольственной проблемы. На первый план выходят такие задачи, как рациональное использование и сохранение растительного мира, защита растений от неблагоприятных факторов.
Зоология
Зоология представляет собой сложную науку, состоящую из множества научных дисциплин. Одни из них изучают отдельные группы животных, другие исследуют их строение, развитие, жизнедеятельность.
К первой группе зоологических дисциплин относятся такие науки, как, например, энтомология – наука, изучающая насекомых, арахнология – наука о пауках, малакология – наука о моллюсках, герпетология – наука о земноводных и пресмыкающихся и др. Причём все эти науки объединяются в два раздела: зоология позвоночных, изучающая всего один тип – хордовых, и зоология беспозвоночных, исследующая все остальные типы животных. Такое разделение в зоологии возникло ещё во времена Аристотеля и утвердилось при жизни Жана Батиста Ламарка.
Вторая группа зоологических дисциплин не менее разнообразна. Морфология и анатомия изучают внешнее и внутреннее строение животных, гистология исследует ткани, а объектом цитологии являются отдельные клетки. Физиология изучает жизнедеятельность животных. Эмбриология исследует индивидуальное развитие. Этология – это наука о поведении животных. Палеозоология – наука об ископаемых животных, она изучает их строение, геологическое распространение, историческое развитие, происхождение, взаимоотношения с современными организмами.
В середине XX в. в зоологию начали активно проникать методы и идеи других естественных наук. На границах смежных дисциплин возникали новые биологические направления, например биохимия животных изучает химические процессы, протекающие в животном организме.
Науки о человеке
Зачатки научных знаний о человеке возникли в недрах античной философии. Постепенно, в течение тысячелетий, накопленные знания о различных сторонах человеческого существования складывались в целостную систему общественных, гуманитарных, естественных и технических наук. Среди них одно из самых древних и почётных мест по праву занимает медицина.
Медицина – область науки и практическая деятельность, направленная на сохранение и укрепление здоровья. В медицине выделяют теоретическую и практическую, или клиническую, медицину. Теоретическая медицина изучает организм человека, его строение и работу в норме и при патологиях, заболевания и нарушения состояния, методы их диагностики, коррекции и лечения с теоретической точки зрения. Практическая медицина (медицинская практика) – это применение всех накопленных медицинской наукой знаний для лечения и профилактики заболеваний и патологических состояний человеческого организма.
Анатомия – это наука о строении организма, его систем и органов. Анатомия рассматривает строение тела человека в разные периоды жизни, начиная с эмбрионального развития и до старческого возраста, изучает половые и индивидуальные особенности организма.
Физиология – это наука о функциях организма, его органов и систем, о процессах, протекающих в организме, и о способах их регуляции.
Психология изучает поведение человека, закономерности и механизмы психических процессов.
Гигиена – это один из наиболее древних разделов медицины. Она изучает влияние окружающей среды, условий жизни и труда на организм человека.
| <<< Назад
|
Вперед >>>
|
Биология. Развитие личинок мух из отложенных яиц. Биологическая (фагоцитарная) теория иммунитета. Методы биологической науки. Начато клонирование животных. Основные вехи в истории биологии. Науки отличаются друг от друга. Биология – наука о живой природе. Предмет и объекты науки. Эндоплазматическая цепь. Биогенетический закон. Биология как наука. Генетика популяций. Задачи биологии. Ихтиология. Термин «биология».
«Этапы развития биологии» - Гален. Научные методы. Период Возрождения. Биология. Леонардо ди сер Пьеро да Винчи. Ответьте на вопросы. Сопоставление фактов. Биология как наука. Этапы развития биологии. Заполните таблицу. Сфера человеческой деятельности. Гиппократ. Описательная наука. Аристотель. Теофраст. Изучение. Гуго де Фриз. «Генетический» период. Сбор фактического материала. Появление древних государств. Создание клеточной теории.
«Краткая история биологии» - Парадигмы биологии XX века. Теории развития естественных наук. Трансформизм. Познавательные модели биологии. Периоды развития биологии. Клеточная теория. Философские основания классической биологии. Революционный подход. Возникновение биологии. Познавательные модели биологии. Эмбриология беспозвоночных. Систематика растений и животных. Биогенетический закон. Молекулярная биология и редукционизм. Редукционная парадигма.
«Основные этапы развития биологии» - Биология. Выявление сходства и различия. Гуго де Фриз. Леонардо ди сер Пьеро да Винчи. Этапы развития биологии. Гиппократ. Основные направления современной биологии. Изучение того или иного явления с помощью опыта. Краткая история биологии. Гален. Появление древних государств. Период Возрождения. Аристотель. Принцип «ничего не принимать на веру». Создание клеточной теории. Научные методы. Сопоставление фактов.
«Краткая история развития биологии» - Арабские ученые. Иван Павлов. Достижения современной биологии. Уильям Гарвей. Рисунки из атласа Везалия. Роберт Кох во время работы. Клавдий Гален. Роберт Кох. Андреас Везалий. Краткая история развития биологии. Аристотель. Рисунки из атласа да Винчи. Гиппократ. Жан Батист Ламарк. Карл Эрнест Бэр. Матиас Шлейден. Жорж Кювье. Карл Линней. Грегор Мендель. Чарльз Дарвин. Клятва Гиппократа. Леонардо да Винчи.
«История и методология биологии» - Греки и их философия. Азимов Айзек. Диоскорид. Девиз Пифагора. «Лестница природы» Аристотеля. Анаксагор. Возникновение живых существ. Аристотель «О частях животных». Библиотека города Александрии. Платон и Аристотель. Пифагор и его школа. Ионийские философы. Устное учение Фалеса. Египет. Теофраст. Эразистрат. Биологические взгляды Платона. Происхождение человека. Анаксимандр. Аристотель "О возникновении животных".
