§ 1. Краткая история развития биологии

Вспомните!

Какие достижения современной биологии вам известны?

рентгенология

аппараты УЗИ, ЭМРТ

установление молекулярной структуры ДНК

расшифровка генома человека и других организмов

генная инженерия

3D-биопринтеры

Электронные сканирующие микроскопы

ГМО

Экстракорпоральное оплодотворение и др.

Каких ученых-биологов вы знаете?

Линней, Ламарк, Дарвин, Мендель, Морган, Павлов, Пастер, Гук, Левенгук, Броун, Пурнинье, Бэр, Мечников, Мичурин, Вернадский, Ивановский, Флеминг, Тенсли, Сукачев, Четвериков, Лайль, Опарин, Шванн, Шлейден, Чаграфф, Навашин, Тимирязев, Мальпиги, Гольджи и др.

Вопросы для повторения и задания

1. Расскажите о вкладе в развитие биологии древнегреческих и древне-римских философов и врачей.

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. 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. 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.

2. Охарактеризуйте особенности воззрений на живую природу в Средние века, эпоху Возрождения.

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. 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).

3. Используя знания, полученные на уроках истории, объясните, почему в Средние века в Европе наступил период застоя во всех областях знаний.

После падения Западной Римской империи в Европе наступил застой в развитии наук и ремесла. Этому способствовали феодальные порядки, установившиеся во всех европейских странах, постоянные войны между феодалами, нашествия полудиких народов с востока, массовые эпидемии, а главное — идеологическое закабаление умов широких народных масс римско-католической церковью. В этот период римско-католическая церковь, несмотря на многие неудачи в борьбе за политическое господство, распространила свое влияние во всей Западной Европе. Имея огромную армию духовенства различных рангов, папство фактически добилось полного господства христианской римско-католической идеологии среди всех западноевропейских народов. Проповедуя смирение и покорность, оправдывая существующие феодальные порядки, римско-католическое духовенство вместе с тем жестоко преследовало все новое и прогрессивное. Естественные науки и вообще так называемое светское образование были полностью подавлены.

4. Какое изобретение XVII в. дало возможность открыть и описать клетку?

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.

5. Каково значение для биологической науки работ Л. Пастера и И. И. Мечникова?

Труды Луи Пастера (1822—1895) и Ильи Ильича Мечникова (1845—1916) определили появление иммунологии. В 1876 г. Пастер полностью посвятил себя иммунологии, окончательно установив специфичность возбудителей сибирской язвы, холеры, бешенства, куриной холеры и других болезней, развил представления об искусственном иммунитете, предложил метод предохранительных прививок, в частности от сибирской язвы, бешенства. Первая прививка против бешенства была сделана Пастером 6 июля 1885 г. В 1888 г. Пастер создал и возглавил научно-исследовательский институт микробиологии (Пастеровский институт), в котором работали многие известные ученые.

Мечников, обнаружив в 1882 г. явление фагоцитоза, разработал на его основе сравнительную патологию воспаления, а в дальнейшем — фагоцитарную теорию иммунитета, за что получил в 1908 г. Нобелевскую премию совместно с П. Эрлихом. Многочисленные работы Мечникова по бактериологии посвящены вопросам эпидемиологии холеры, брюшного тифа, туберкулеза и других инфекционных заболеваний. Мечников создал первую русскую школу микробиологов, иммунологов и патологов; активно участвовал в создании научно-исследовательских учреждений, разрабатывающих различные формы борьбы с инфекционными заболеваниями.

6. Перечислите основные открытия, сделанные в биологии в XX в.

В середине XX в. в биологию начали активно проникать методы и идеи других естественных наук. Достижения современной биологии открывают широкие перспективы для создания биологически активных веществ и новых лекарственных препаратов, для лечения наследственных заболеваний и осуществления селекции на клеточном уровне. В настоящее время биология стала реальной производительной силой, по развитию которой можно судить об общем уровне развития человеческого общества.

– Открытие витаминов

– Открытие пептидных связей в молекулах белков

– Изучение химической природы хлорофилла

– Описали основные ткани растений

– Открытие структуры ДНК

– Исследование фотосинтеза

– Открытие ключевого этапа в дыхании клеток — цикла трикарбоновых кислот, или цикла Кребса

– Исследование физиологии пищеварения

– Наблюдал клеточное строение тканей

– Наблюдал одноклеточных организмов, клетки животных (эритроциты)

– Открытие ядра в клетке

– Открытие аппарата Гольджи — органоида клетки, метод приготовления микроскопических препаратов нервной ткани, исследование строения нервной системы

– Установил, что одни части зародыша имеют влияние на развитие других его частей

– Сформулировал мутационную теорию

– Создание хромосомной теории наследственности

– Сформулировал закон гомологических рядов в наследственной изменчивости

– Обнаружили усиление мутационного процесса под действием радиоактивного излучения

– Открыл сложную структуру гена

– Открыл значение мутационного процесса в процессах, происходящих в популяциях, для эволюции вида

– Установил филогенетический ряд лошадиных как типовой ряд постепенных эволюционных изменений родственных видов

– Разработали теорию зародышевых листков для позвоночных

– Выдвинул теорию происхождения многоклеточных организмов от общего предка — гипотетического организма фагоцителлы

– Обосновывает наличие в прошлом предка многоклеточных — фагоцителлы и предлагает считать его живой моделью многоклеточное животное — трихоплакса

– Обосновали биологический закон «Онтогенез есть краткое повторение филогенеза»

– Написал и опубликовал работу «Географическое распространение животных» — труд, убедительно показавший, как велико значение генетической связи вымершей и современной фауны

– Утверждал, что многие органы многофункциональны; в новых условиях среды одна из второстепенных функций может стать более важной и заменить прежнюю главную функцию органа

– Выдвинул гипотезу возникновения билатеральной симметрии живых организмов

7. Назовите известные вам естественные науки, составляющие биологию. Какие из них возникли в конце XX в.?

На границах смежных дисциплин возникали новые биологические направления: вирусология, 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. На рубеже XX и XXI вв. с огромной скоростью начала развиваться биотехнология — направление, которому, несомненно, принадлежит будущее.

Подумайте! Вспомните!

1. Проанализируйте изменения, произошедшие в науке в XVII—XVIII вв. Какие возможности они открыли перед учёными?

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. 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). Огромную роль в понимании единства органического мира сыграла клеточная теория зоолога Теодора Шванна (1810—1882) и ботаника Маттиаса Якоба Шлейдена (1804—1881).

2. Как вы понимаете выражение «прикладная биология»?

Прикладная биология – это отрасль биологии, которая определяется потребностями общества. Из практически важных дисциплин быстро развиваются бионика (изучение технических приложений биологических закономерностей), космическая биология (изучение биологического действия факторов мирового пространства в проблем освоения космоса), астробиология или экзобиология (исследование жизни вне Земли), а также регенеративная биология и медицина. Многие современные науки, такие как генетика, молекулярная биология, экология, решают свои актуальные задачи, используя для исследования животных. Тесно связана с практической деятельностью человека прикладная зоология, которая включает сельскохозяйственную, лесную, медицинскую зоологию, паразитологию и другие разделы. 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.

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.

Страны, в которых произошли основные биологические открытия относятся к развитым и активно развивающимся странам.

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.

Примеры современных дисциплин, возникших на стыке биологии и других наук: палеобиология, биомедицина, социобиология, психобиология, бионика, физиология труда, радиобиология.

Разделы биологии могут возникнуть в будущем: биопрограммирование, ИТ-медицина, биоэтика, биоинформатика, биотехнология.

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.

7. Оцените роль биологических знаний в формировании мировоззрения современного человека. Составьте 10—15 тезисов, раскрывающих значимость биологической информации в жизни каждого.

1) Человечество не может существовать без живой природы. Отсюда жизненно необходимо сохранять ее

2) Биология возникла в связи с решением очень важных для людей проблем.

3) Одной из них всегда было более глубокое постижение процессов в живой природе, связанных с получением пищевых продуктов, т.е. знание особенностей жизни растений и животных, их изменение под воздействием человека, способов получения надежного и все более богатого урожая.

4) Человек – продукт развития живой природы. Все процессы нашей жизнедеятельности подобны тем, которые происходят в природе. И поэтому глубокое понимание биологических процессов служит научным фундаментом медицины.

5) Появление сознания, означающее гигантский шаг вперед в самопознании материи, тоже не может быть понято без глубоких исследований живой природы, по крайней мере, в 2-х направлениях – возникновение и развитие мозга как органа мышления (до сих пор загадка мышления остается неразрешенной) и возникновение социальности, общественного образа жизни.

6) Живая природа является источником многих необходимых для человечества материалов и продуктов. Нужно знать их свойства, чтобы правильно использовать, знать, где искать их в природе, как получать.

7) Та вода, которую мы пьем, точнее - чистота этой воды, ее качество тоже определяется в первую очередь живой природой. Наши очистные сооружения лишь завершают тот огромный процесс, который незримо для нас происходит в природе: вода в почве или водоеме многократно проходит через тела мириадов беспозвоночных, фильтруется ими и, освобождаясь от органических и неорганических остатков, становится такой, какой мы знаем ее в реках, озерах и ключах.

8) Проблема качества воздуха и воды – одна из экологических проблем, а экология – биологическая дисциплина, хотя современная экология давно перестала быть только ею и включает в себя много самостоятельных разделов, зачастую принадлежащих к разным научным дисциплинам.

9) В результате освоения человеком всей поверхности планеты, развития сельского хозяйства, промышленности, вырубки лесов, загрязнения материков и океанов все большее число видов растений, грибов, животных исчезает с лица Земли. Исчезнувший вид восстановить невозможно. Он является продуктом миллионов лет эволюции и обладает уникальным генофондом.

10) В данный момент особенно быстро развиваются молекулярная биология, биотехнология и генетика.

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.

Примеры ближайших событий 2016-2017 гг.

Викторина:

– Разделение на группы

– Вступительное слово – описание события, историческая справка события, ученого

– Придумать название команд (по теме викторины)

– 1 раунд – простой: например, закончить предложение: Защитная реакция растений на изменение длины светового дня (листопад).

– 2 раунд – двойной: например, найди пару.

– 3 раунд – сложный: например, изобразить схему процесса, нарисовать явление.