Что такое наука биология
Биология
Как особая наука биология выделилась из естественных наук в XIX веке, когда учёные обнаружили, что живые организмы обладают некоторыми общими для всех характеристиками. Термин «биология» был введён независимо несколькими авторами: Фридрихом Бурдахом в 1800 году, в 1802 году Готфридом Рейнхольдом Тревиранусом [1] и Жаном Батистом Ламарком.
В биологии выделяют следующие уровни организации:
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.
Передачу наследственной информации изучает генетика. Развитие организма в онтогенезе изучается биологией развития. Зарождение и историческое развитие живой природы — палеобиология и эволюционная биология.
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.
Содержание
Биологи
Биологические общества
Биологические организации
Традиционно научными исследованиями в области биологии занимаются университеты, хотя не всегда соответствующие факультеты называются биологическими. Например, в Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова кроме биологического факультета имеются также факультет биоинженерии и биоинформатики, факультет фундаментальной медицины и НИИ физико-химической биологии. Кроме университетов научные исследования проводят государственные и частные институты, которые в России преимущественно относятся к системе Российской академии наук (см. список институтов), Российской академии сельскохозяйственных наук или Российской академии медицинских наук.
Биологи
Биологический метод
Биологические науки используют методы наблюдения, моделирования (в т.ч. компьютерного), описания, сравнения, экспериментов (опыта) и исторического сравнения.
История биологии
Биологическая картина мира
Существует пять принципов, объединяющих все биологические дисциплины в единую науку о живой материи [2] :
Клеточная теория
Эволюция
Эволюционная история видов, описывающая их изменения и генеалогические отношения между собой, называется филогенез. Информация о филогенезе накапливается из разных источников, в частности, путём сравнения последовательностей ДНК или ископаемых останков и следов древних организмов. До XIX века считалось, что в определённых условиях жизнь может самозарождаться. Этой концепции противостояли последователи принципа, сформулированного Уильямом Гарвеем: «всё из яйца» («Omne vivum ex ovo», лат.), основополагающего в современной биологии. В частности, это означает, что существует непрерывная линия жизни, соединяющая момент первоначального её возникновения с настоящим временем. Любая группа организмов имеет общее происхождение, если у неё имеется общий предок. Все живые существа на Земле, как ныне живущие, так и вымершие, происходят от общего предка или общей совокупности генов. Общий предок всех живых существ появился на Земле около 3,5 млрд. лет назад. Главным доказательством теории общего предка считается универсальность генетического кода (см. происхождение жизни).
Теория гена
Совокупность генов организма или клетки называется генотипом. Гены хранятся в одной или нескольких хромосомах. Хромосома — длинная цепочка ДНК, на которой может быть множество генов. Если ген активен, то последовательность его ДНК копируется в последовательности РНК посредством транскрипции. Затем рибосома может использовать РНК, чтобы синтезировать последовательность белка, соответствующую коду РНК, в процессе, именуемом трансляция. Белки могут выполнять каталитическую (ферментативную) функцию, транспортную, рецепторную, защитную, структурную, двигательную функции.
Гомеостаз
Гомеостаз — способность открытых систем регулировать свою внутреннюю среду так, чтобы поддерживать её постоянство посредством множества корректирующих воздействий, направляемых регуляторными механизмами. Все живые существа, как многоклеточные, так и одноклеточные, способны поддерживать гомеостаз. На клеточном уровне, например, поддерживается постоянная кислотность внутренней среды (pH). На уровне организма у теплокровных животных поддерживается постоянная температура тела. В ассоциации с термином экосистема под гомеостазом понимают, в частности, поддержание растениями постоянной концентрации атмосферной двуокиси углерода на Земле.
Энергия
Выживание любого организма зависит от постоянного притока энергии. Энергия черпается из веществ, которые служат пищей, и посредством специальных химических реакций используется для построения и поддержания структуры и функций клеток. В этом процессе молекулы пищи используются как для извлечения энергии, так и для синтеза биологических молекул собственного организма.
Первичным источником энергии для 99 % земных существ является световая энергия, главным образом солнечная (для 1 % — хемосинтез). Световая энергия посредством фотосинтеза превращается растениями в химическую (органические молекулы) в присутствии воды и некоторых минералов. Часть полученной энергии затрачивается на наращивание биомассы и поддержание жизни, другая часть теряется в виде тепла и отходов жизнедеятельности. Общие механизмы превращения химической энергии в полезную для поддержания жизни называются дыхание и метаболизм.
Уровни организации жизни
Шесть основных структурных уровней жизни:
Биологические дисциплины
Биологическая литература
Первоисточниками информации по биологии являются научные журналы, списки которых предоставляет ряд учреждений, как российских, так и зарубежных:
Данные первоисточников обобщают авторы обзорных публикаций, которые могут представлять собой как журнальные статьи, так и монографии. На следующем уровне обобщения стоят учебники и справочные пособия.
Что такое биология?
Биология (от греч. «биос» — «жизнь» и «логос» — «наука») — это совокупность наук о живой природе. Предметом изучения биологии является все многообразие проявления жизни: строение и функции живых существ и природных сообществ, их происхождение, развитие, связи между собой и с неживой природой. Для изучения живых организмов в биологии используются разнообразные методы: наблюдение (без вмешательства в жизнедеятельность организма), сравнение (для выявления закономерностей), эксперимент (для подтверждения теорий), моделирование (искусственное воспроизведение биологических процессов).
Изучение природы
Знания о живой природе человек начал накапливать еще в глубокой древности, занимаясь охотой, скотоводством, земледелием, но растения и животные на протяжении многих веков рассматривались в основном с точки зрения их пользы или вреда для человека, изучение их шло рука об руку с искусством врачевания.
Накопление знаний
В 1628 г. английский врач У. Гарвей опубликовал трактат, в котором описал строение и принципы функционирования кровеносной системы человека, положив начало развитию физиологии. В XVII в. был изобретен двухлинзовый микроскоп, и перед естествоиспытателями открылся мир неведомых ранее мельчайших существ, началось накопление знаний о строении тканей человека, животных и растений. В XVIII в. появились работы по систематике растений и животных, среди которых выделяется «Система природы» К. Линнея (1735).
Рождение науки
Вплоть до XIX в. науки о живом носили описательный характер, а разные их разделы считались частью естественной истории наравне с минералогией, геологией, географией. Сам термин «биология» возник на заре XIX в. Его предложили независимо друг от друга двое ученых: немецкий ботаник Г. Р. Тревиранус и француз Ж. Б. Ламарк. Но любая наука становится таковой только тогда, когда появляются возможности теоретических обобщений, охватывающих весь спектр накопленных в данной области знаний.
Биология ХХ в. большое внимание уделяла изучению явлений жизни на молекулярном уровне (молекулярно-генетическое направление), и в планетарном масштабе (биосферно-экологическое направление). Возникли пограничные биологические дисциплины: биохимия, биофизика, астробиология и др. В наше время наиболее актуальными темами для исследований стали генная инженерия, расшифровка генома человека, медицинская генетика, клонирование клеток и целых организмов, биотехнологии. Без преувеличения можно сказать, что от успехов биологии во многом зависит дальнейшая судьба человечества.
Традиционно большинство биологических наук классифицируются по типам организмов, которые изучаются этими науками, или по методам применяемых исследований. Например:
Понятие биологии как науки: кто дал название, признаки, предмет изучения,
Что такое биология
Биология — наука о живых существах и их взаимодействии со средой обитания. Изучает все аспекты жизни, в частности, структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле.
В качестве предмета науки биологии выступают все проявления жизни. К данному разделу относят строение и функции живых организмов, их разнообразие, появление и развитие, а также процессы взаимодействия с окружающим миром. Ключевой задачей биологии является толкование разных явлений живой природы, исходя из совокупности научных фактов, с учетом наличия у целостных организмов свойств, которые значительно отличаются от его составляющих.
Кто ввел термин
Биология, как наука, формировалась еще с давних времен. Сведения по данной дисциплине отмечены в письменных свидетельствах и трудах философов и натуралистов Древнего мира. Определение «биология» впервые упоминается в исследованиях, которые принадлежат немецким анатомам Т. Роозе (1779 год) и К.Ф. Бурдаха (1800 год). В 1802 году двое, независимых друг от друга, ученых — Ж.Б. Ламарк и Г.Р. Тревиранус, употребили термин «биология» для идентификации науки, изучающей живые организмы.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Причины изучения биологии
Развитие науки, целью которой является изучение живой природы, обосновано важными причинами. Самые ранние факторы, побудившие людей исследовать биологические явления, следующие:
По мере развития человечества возникали новые потребности. В более поздние времени появились новые предпосылки для биологических исследований:
Направления в биологии
Данная дисциплина является фундаментальной и комплексной. Первый признак в виде теоретической основы используется в разных прикладных науках:
Комплексность биологии объясняется наличием комплекса биологических наук. Со временем, когда фактический материал накапливался, наблюдается формирование нескольких исследовательских областей. Таким образом, в биологии выделялись объекты исследований и направления. Исходя из систематических материалов, они классифицируются на следующие научные области:
Кроме того, существуют отдельные дисциплины, исходя из объектов изучения. Примерами являются:
Направления биологии классифицируют, исходя из уровня организации живой материи:
В основе современной биологии лежат достижения других наук, включая физику, химию, математику. Данный факт объясняет формирование пограничных областей биологии:
Изучаемые процессы
В процессе научных изысканий ученые наблюдают разнообразные явления. Исходя из изучаемых процессов, существует следующая классификация биологических дисциплин:
Методы изучения
Методы биологии — это приемы, к которым прибегают ученые с целью приобретения новых знаний о живых организмах.
Методология позволяет сформировать систему точных научных знаний.
Основными способами исследований являются:
Важным правилом, которое распространяется не только на области биологии, но и другие науки, является принцип «ничего не принимать на веру». В этом смысле каждое явление требует внимательного изучения и подкрепления фактами, благодаря которым формируются достоверные знания.
В биологии также применяются общепринятые методики исследований:
Ученые-биологи прибегают к специальным методам исследований:
Биологические методы представлены в широком ассортименте. Каждый способ научных изысканий направлен на решение определенных задач и применим для конкретных исследований. Кроме перечисленных методик в биологии активно используют гибридизацию, палеонтологию, центрифугирование и другие способы изучения живых организмов.
Достижения биологии как науки, примеры
В результате биологических исследований были совершены великие научные открытия. Наиболее важными достижениями, которые определили дальнейшее становление науки биологии, являются:
В последние десятилетия человечеству еще предстоит оценить открытия в области биологии. Крупнейшими научными достижениями в данной области являются:
Исследования в области биологии способствуют развитию таких дисциплин, как:
Частично проблема обеспечения населения планеты продовольствием была решена в 1950-х годах, благодаря «зеленой революции». Внедряя новые сорта растений и передовые технологии обработки почв, ученым удалось разработать эффективные корма для активного развития животноводства.
Снизить распространение опасных заболеваний и уменьшить показатели смертности удалось с помощью ряда биологических исследований:
Научные изыскания в области биологии позволили разработать множество лекарственных препаратов, решить проблемы, связанные с репродукцией человека. В ходе своих трудов ученые изучают экологию и разнообразие видов, что имеет большое значение для становления современной естественнонаучной картины мира.
Биология — наука о живой природе
С детства мы знакомимся с животным и растительным миром. И часто задаём себе много вопросов, как всё устроено. А для того чтобы понять все моменты, нам необходимы дополнительные знания. Наука биология даёт ответы на все эти вопросы, и на многие другие.
Биология ─ откуда пошло это название? От греческих слов: βίος означает «жизнь», а λόγος ─ «учение». Значит, биология — это наука о жизни, о живых организмах, обитающих на Земле.
Биология изучает, как устроены организмы, как работают те или иные органы, как все растёт, развивается, размножается, откуда происходят организмы и почему они обитают в тех или иных местах на Земле. И многое, многое другое.
Изучить все области биологии сразу трудно. Поэтому выделяют ряд самостоятельных наук и направлений.
Например, наука вирусология изучает вирусы, микробиология занимается изучением микроорганизмов, микология — это наука о грибах, ботаника — наука о растениях, зоология — наука о животных, антропология — наука о человеке.
Каждая из этих дисциплин ещё делится на ряд наук. Например, в зоологии выделяются такие науки, как энтомология — наука о насекомых, ихтиология — о рыбах, териология — о млекопитающих и др. В ботанике выделяются: альгология — наука о водорослях, бриология — о мхах, дендрология — о древесных растениях и др.
Биологические науки тесно связаны с физикой, химией, математикой, географией. Всех их объединяет не только предмет изучения — природа, но и методы, которыми пользуются исследователи для нахождения ответов на все поставленные вопросы.
Наиболее общими методами исследования биологии являются: наблюдение (позволяет описать биологические явления), ещё один метод ─ сравнение (оно даёт возможность найти что-то в строении и жизнедеятельности разных организмов), эксперимент, или опыт (помогает изучать свойства биологических объектов в каких-то определённых условиях), моделирование (позволяет смоделировать многие процессы, которые трудно наблюдать), исторический метод (позволяет познать процессы развития живой природы).
Итак, вы поняли, что биология — предмет не простой, но очень интересный, так как он приоткрывает завесы многих тайн, которыми интересовался человек с давних времён.
Ответы на сложнейшие вопросы человек находил не сразу. Биология развивалась постепенно. В разных уголках планеты в разные века учёные делали величайшие открытия. Их накопленный опыт дошёл и до нас. И теперь мы с вами изучив биологию, сможем ответить на многие вопросы.
А с открытием микроскопа в науке произошли кардинальные изменения. Человеку открылся тайный, неведомый мир.
С помощью светового микроскопа можно видеть детали, расстояние между которыми составляет до 0,2 мкм.
Микроскоп, как нередко говорят учёные, «сделал доступным наблюдению новый мир». Микроскопические наблюдения, после открытия живой клетки заставили резко изменить взгляд на природу материи.
История открытия клетки берет своё начало с тех времён, когда английский учёный Роберт Гук в 1665 году, пытаясь понять, почему пробковое дерево хорошо плавает, стал рассматривать тонкие срезы пробки с помощью усовершенствованного им микроскопа.
Он обнаружил, что пробка разделена на множество крошечных ячеек, напомнивших ему соты в ульях медоносных пчёл, и он назвал эти ячейки клетками.
В 1674 году голландский мастер Антоний ван Левенгук с помощью микроскопа впервые увидел в капле воды инфузорий ─ движущихся живых организмов.
Давайте и мы познакомимся с микроскопическим миром.
Заглянем внутрь арбуза, лимона, лука и томата. Вот спелый арбуз — излюбленная многими ягода. Почему ягода?
С точки зрения ботаники (науки о растениях), ягода — это сочный многосемянный плод. Если у плода есть сочная мякоть и внутри него много семян — можете не сомневаться, это — ягода (смородина, крыжовник, виноград, например).
Если посмотреть на срез арбуза, то можно заметить множество шарообразных пузырьков — это клетки. У арбуза они очень крупные и видны в лупу.
Если посмотреть на клетки в микроскоп, то мы можем увидеть многие клеточные структуры. Это клеточная стенка, ядро в котором заключена большая часть наследственного материала. Цитоплазма ─ полужидкое содержимое клетки. Также мы наблюдаем вакуоль. Сок, который содержится в плодах, сосредоточен именно в вакуолях растительной клетки. Мы откусываем кусок арбуза, повреждая при этом вакуоль, и его содержимое — клеточный сок ─ вытекает наружу.
Рассмотрим под микроскопом кожицу лука. Для этого приготовим микропрепарат. Для начала возьмём чистое предметное стекло. Протрём его чистой салфеткой, чтобы на неё не было разводов и отпечатков пальцев. Теперь нанесём на предметное стекло 1−2 капли воды. Возьмём луковицу и разрежем её вдоль, снимем наружные чешуи.
При помощи пинцета осторожно снимем маленький кусочек прозрачной кожицы с внутренней поверхности чешуи лука. Положим кусочек кожицы в каплю воды. С помощью пинцета поверх поместим покровное стекло. Рассмотрим микропрепарат под микроскопом.
Для того чтобы клеточные структуры были хорошо видны, окрасим микропрепарат раствором йода. Добавим 1 каплю йода на край покровного стекла. Теперь рассмотрим окрашенный препарат сначала при малом увеличении. На микропрепарате видны продолговатые клетки, плотно прилегающие одна к другой. Теперь мы можем рассмотреть клетки и при большем увеличении.
Мы видим плотную прозрачную оболочку с более тонкими участками — порами. Внутри клетки находится бесцветное полужидкое содержимое — цитоплазма (окрашенная йодом). В цитоплазме находится небольшое плотное ядро.
Почти во всех клетках, особенно в старых, хорошо заметны полости — вакуоли.
А каковы клетки лимона? Посмотрим на них в микроскоп. Для этого сделаем тонкий срез мякоти и положим его в каплю воды на предметное стекло.
Клетки лимона жёлтые благодаря пигментам. Именно пигменты окрашивают организмов в различные цвета. Клеточный сок лимона богат лимонной, аскорбиновой и яблочной кислотами, оттого он такой кислый.
А вот микропрепарат мякоти томата. Он имеет красный цвет ─ также за счёт пигментов.
Клетки томата имеют те же клеточные структуры, что и предыдущие рассмотренные нами клетки.
Вам интересно, каковы клетки зелёного растения под микроскопом?
Посмотрим на лист элодеи. Элодея — это водное растение. Оно пускает длинные, сильно разветвлённые стебли, растущие чрезвычайно быстро и достигающие нередко длины более двух метров.
При малом увеличении мы наблюдаем зелёные округлые структуры. Это хлоропласты. Именно благодаря этим небольшим тельцам растения в присутствии света способны вырабатывать кислород, который необходим для нашего с вами существования.
При большом увеличении мы видим, что хлоропласты движутся. На самом деле это движется цитоплазма. Благодаря этому происходит распределение важных веществ внутри клетки.
Посмотрим на кожицу листа примулы. Что мы видим? Какие-то округлые поры. Действительно, это поры листа, в ботанике их называют «устьица», они находятся на нижнем или верхнем слое кожицы листа растения, через них происходит испарение воды и газообмен с окружающей средой.
Попробуем рассмотреть под микроскопом не только растительный мир, но и животный. Это проба, взятая в озере. Возьмём каплю воды с её дна и нанесём на предметное стело.
Вот амёба обыкновенная. Это маленький (0,2−0,5 мм), едва заметный простым глазом бесцветный студенистый организм, постоянно меняющий свою форму.
Амёба состоит из одной клетки, эта клетка — целый организм, ведущий самостоятельное существование.
Мы наблюдаем, как она при помощи своих ложноножек захватывает пищу. Благодаря микроскопу невидимый глазу мир становится видимым.
А сейчас мы ответим на вопросы, которые были заданы нами в начале урока.
Почему цветы цветные, а листья зелёные?
Дело в том, что у листьев и цветов разные задачи. Листья зелёные за счёт хлорофилла. Мы видели его в микроскоп, на микропрепарате элодеи.
Цветы растений служат для продолжения рода. Они имеют яркую окраску для привлечения к себе насекомых и других животных, которые способствуют размножению, перенося пыльцу от одного растения к другому.
Сладкий аромат цветов также привлекает насекомых и животных. Этот запах исходит от нектара — богатого сахарами сока. Он является основным продуктом питания для многих насекомых.
Существуют также растения, которые может опылять только один-два вида насекомых. Например, клевер «дружит» лишь с пчёлами и шмелями — строение его цветка специально приспособлено под их хоботки.
Следующий вопрос: почему пчела окрашена в черно-жёлтую полоску?
На фоне ярких цветов пчёлы могут быть замечены насекомоядными животными. Поэтому их окрас предостерегающий, яркий, резко контрастирующий с окружающим фоном. Их яркая гамма приобретает, таким образом, общепонятное условное значение: «Не трогать — ядовито!»
Предостерегающая окраска свойственна и другим насекомым. Например, божьи коровки также яркие, красные, с чёрными пятнами. Если вы брали их в руки, то наверняка замечали, что они выделяют оранжевый секрет, он ядовит. Поэтому птицы их не склёвывают.
Чем питается ёжик и почему он такой колючий?
Все из вас видели картинки, где ёжики тащат на своих иголках яблоки. Яблоки ежи едят, но не так часто, как принято это считать.
Обыкновенный ёж поедает жуков, червей, личинок, слизней и улиток, и других организмов.
Глубокой осенью ёжики прячутся в норы, зарываются в листья и впадают в зимнюю спячку. На спине, боках и голове ёжика имеются иглы. У обыкновенного ежа они короткие, не более 3 см. И если бы не острые иголки, покрывающие спину и бока ежа, он быстро бы стал лакомой добычей какого-нибудь хищника.
В случае опасности ёж сворачивается плотным клубком, прикрывая бронёй из острых игл ноги, морду и живот. Единственным животным, представляющим для ежа реальную опасность, является барсук: своими длинными когтями он может развернуть колючий шар и добраться до не защищённого иглами брюха.