Что изучает биология

Введение в биологию

Биология (от греч. биос — жизнь и логос — учение) — это наука о жизни. Термин был предложен в 1802 году французским ученым Ж.Б. Ламарком.

Предметом биологии является жизнь во всех ее проявлениях: физиология, строение, индивидуальное развитие (онтогенез), поведение, историческое развитие (филогенез, эволюция), взаимоотношения организмов между собой и окружающей средой.

Современная биология является комплексом, системой наук. В зависимости от объекта исследования различают такие биологические науки, как: наука о вирусах — вирусология, наука о бактериях — бактериология, наука о грибах — микология, наука о растениях — ботаника, наука о животных — зоология и т. п. Почти каждая из этих наук делится на более мелкие: наука о водорослях — альгология, наука о мхах — бриология, о насекомых — энтомология, о млекопитающих — маммалиология и т. п. Теоретическим фундаментом медицины являются анатомия и физиология человека. Наиболее универсальные свойства и закономерности развития и существования организмов и их групп изучает общая биология.

Возникли науки, изучающие общие закономерности жизни: генетика — наука об изменчивости и наследственности, экология — наука о взаимоотношениях организмов между собой и средой обитания, эволюционное учение — наука о закономерностях исторического развития живой материи, палеонтология исследует вымершие организмы.

В разных областях биологии все большее значение имеют дисциплины, связывающие биологию с другими науками: физикой, химией и т. п. Возникают такие науки, как биофизика, биохимия, бионика, биокибернетика. Биокибернетика (от греч. биос — жизнь, кибернетике — искусство управления) — это наука об общих закономерностях управления и передачи информации в живых системах.

Биологические науки — это база для развития растениеводства,  животноводства, биотехнологий, медицины и т. п. С их помощью можно решить такие важные задачи, как обеспечение человечества продуктами питания, преодоление болезней, стимуляция процессов обновления организма, генетическая коррекция дефектов у людей с наследственными болезнями, для интродукции и акклиматизации организмов, для получения биологически активных и лекарственных веществ, для разработки средств биологической защиты растений и т. п.

Особенности профессии

Понятие биолог довольно обширно, поэтому мы рассмотрим разделение специалистов представленной профессии на различные области:

• Ботаники,эти специалисты изучают биологию с точки зрения растений. Они занимаются классификацией растений и их видов, открытием новых растений, подробным изучением, ранее открытых видов. Также важным аспектом их деятельности является выявление взаимосвязи человека с растениями, их влияние друг на друга.
• Зоологи — специалисты, занимающиеся изучением животных. Они выявляют у животных различные заболевание, изучают методы их лечения. Ищут методы борьбы с исчезновением различных видов животных, занимаются получением новых.
• Микробиологи. Данные специалисты работают с изучением различных микроорганизмов. Деятельность микробиологов в основном направлена на поиск способов борьбы с болезнями, вызванными болезнетворными микроорганизмами.

Из-за такого разброса деятельности биологов, к ним применяются следующие профессиональные требования:

• Умение анализировать полученную информацию.
• Знание о том, как грамотно провести подготовку к исследованию.
• Умение правильно составлять ход исследовательской работы.
• Знание о том, как использовать различное оборудование, требуемое для исследовательской деятельности.
• Умение фиксирования полученных результатов.

Таким образом, профессия биолог довольно сложна и разнообразна, она требует достаточного багажа знаний и квалификации.

Классификация

Любая обширная научная область предполагает деление на отдельные отрасли. Классификация биологических наук осуществляется на основании нескольких признаков. В зависимости от предмета или объекта изучения выделяются:

• зоология,
• ботаника,
• микробиология и другие.

По уровню, на котором рассматривается живая материя:

• цитология,
• гистология,
• молекулярная биология и другие.

По обобщенным свойствам организмов:

• биохимия,
• генетика,
• экология и прочие.

Классификация биологических наук не означает их всецелой принадлежности к определенной области, каждая тесно взаимосвязана с другими. Например, изучать клетки невозможно без знания о происходящих в них биохимических процессах.

Интересно! Таксономия грибов современности (гриб) — это ни растение, ни живое существо. Гриб относят к отдельному типу живых организмов, так что для его изучения применяют совсем иные способы. Это находится в ведении микологии — отрасли биологии.

Генетические механизмы и эволюция.

Генетическая теория гласит, что признаки особей каждого поколения передаются следующему поколению через единицы наследственности, называемые генами. Крупные сложные молекулы ДНК состоят из четырех типов субъединиц, называемых нуклеотидами, и имеют структуру двойной спирали. Информация, содержащаяся в каждом гене, закодирована особым порядком расположения этих субъединиц. Поскольку каждый ген состоит примерно из 10 000 нуклеотидов, выстроенных в определенной последовательности, существует великое множество комбинаций нуклеотидов, а соответственно и множество различных последовательностей, являющихся единицами генетической информации.

Определение последовательности нуклеотидов, образующих определенный ген, стало теперь не только возможным, но даже довольно обычным делом. Более того, ген можно синтезировать, а затем клонировать, получив таким образом миллионы копий. Если какое-то заболевание человека вызвано мутацией гена, который в результате не функционирует надлежащим образом, в клетку может быть введен нормальный синтезированный ген, и он будет выполнять необходимую функцию. Эта процедура называется генной терапией. Грандиозный проект «Геном человека» призван выяснить нуклеотидные последовательности, образующие все гены человеческого генома.

Одно из важнейших обобщений современной биологии, формулируемое иногда как правило «один ген – один фермент – одна метаболическая реакция», было выдвинуто в 1941 американскими генетиками Дж.Бидлом и Э.Тейтемом. Согласно этой гипотезе, любая биохимическая реакция – как в развивающемся, так и в зрелом организме – контролируется определенным ферментом, а фермент этот в свою очередь контролируется одним геном. Информация, заложенная в каждом гене, передается от одного поколения другому специальным генетическим кодом, который определяется линейной последовательностью нуклеотидов. При образовании новых клеток каждый ген реплицируется, и в процессе деления каждая из дочерних клеток получает точную копию всего кода. В каждом поколении клеток происходит транскрипция генетического кода, что позволяет использовать наследственную информацию для регуляции синтеза специфических ферментов и других белков, существующих в клетках.

В 1953 американский биолог Дж.Уотсон и британский биохимик Ф.Крик сформулировали теорию, объясняющую, каким образом структура молекулы ДНК обеспечивает основные свойства генов – способность к репликации, к передаче информации и мутированию. На основании этой теории оказалось возможным сделать определенные предсказания о генетической регуляции синтеза белка и подтвердить их экспериментально.

Развитие с середины 1970-х годов генной инженерии, т.е. технологии получения рекомбинантных ДНК, значительно изменило характер исследований, проводимых в области генетики, биологии развития и эволюции. Разработка методов клонирования ДНК и проведения полимеразной цепной реакции позволяют получать в достаточном количестве необходимый генетический материал, включая рекомбинантные (гибридные) ДНК. Эти методы используются для выяснения тонкой структуры генетического аппарата и отношений между генами и их специфическими продуктами – полипептидами. Вводя в клетки рекомбинантную ДНК, удалось получить штаммы бактерий, способные синтезировать важные для медицины белки, например человеческий инсулин, гормон роста человека и многие другие соединения.

Значительный прогресс был достигнут в области изучения генетики человека. В частности, проведены исследования таких наследственных болезней, как серповидноклеточная анемия и муковисцидоз. Изучение раковых клеток привело к открытию онкогенов, превращающих нормальные клетки в злокачественные. Исследования, проводимые на вирусах, бактериях, дрожжах, плодовых мушках и мышах, позволили получить обширную информацию, касающуюся молекулярных механизмов наследственности. Теперь гены одних организмов могут быть перенесены в клетки других высокоразвитых организмов, например мышей, которые после такой процедуры называются трансгенными. Чтобы осуществить операцию по внедрению чужеродных генов в генетический аппарат млекопитающих, разработан целый ряд специальных методов.

Одно из наиболее удивительных открытий в генетике – это обнаружение двух типов входящих в состав генов полинуклеотидов: интронов и экзонов. Генетическая информация кодируется и передается только экзонами, функции же интронов до конца не выяснены.

Известные ученые-биологи и их открытия

Исследователи из университетов, научных центров и лабораторий по всему миру в течении многих лет изучают миллионы образцов. Они оценивают полученные результаты, а на основании сделанных выводов продолжают исследования, надеясь найти ключ к тайнам человеческого тела. Это может быть как лекарство от рака, так и средство для продления жизни.

В истории биологии среди выдающихся ученых:

1. Аристотель. Был первым, кто открыл родство видов и упорядочил их, опираясь на эту информацию.
2. Гален. Известен применением медицинских экспериментов. Оказал большое влияние на развитие многих областей медицины: анатомии, патологии, неврологии и физиологии.
3. Антони ван Левенгук – «отец» микробиологии. Произвел революцию в технике изобретения мощных линз. Среди его открытий: бактерии, вакуоли клеток и поперечно-полосатый рисунок мышечных волокон.
4. Роберт Гук. Известен открытием клетки. Благодаря ему мы знаем, что клетки – это строительные блоки всей жизни.
5. Карл Линней. Основатель современной таксономии. Он придумал систему присвоения имен, ранжирования и классификации организмов, которую используют сегодня. Благодаря изучению обширной коллекции образцов, Линней изобрел способ группировки и обозначения видов. Он разделил все живые существа на три царства: животных, растений и минералов, подразделяя их на классы, затем подклассы и виды.
6. Чарльз Дарвин. Известен теорией эволюции. Он установил, что все виды жизни появились со временем от одного общего предка, а новые виды существуют благодаря процессу естественного отбора.
7. Грегор Мендель. Основоположник современной генетики. Ученый использовал горох, чтобы обнаружить и продемонстрировать законы генетического наследования, ввел термин доминантных и рецессивных генов.
8. Альфред Рассел Уоллес. Известен линией Уоллеса – географическая черта, обозначающая переходную зону между фаунами Азии и Австралии. Также изучал теорию эволюции.
9. Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон. Известны обнаружением структуры ДНК, получили медицинскую Нобелевскую премию с этим открытием. Их модель двойной спирали объясняет, как повторяется ДНК и как передается и кодируется наследственная информация.
10. Кэйт Кэмпбелл и Ян Уилмут. Первые ученые, которые клонировали млекопитающее. Пара создала клон овечки Долли, используя клетку взрослой овцы и процесс переноса ядра.

«Биологические системы»

Код раздела ЕГЭ: 1.2. Биологические системы. Общие признаки биологических систем: клеточное строение, особенности химического состава, обмен веществ и превращение энергии, гомеостаз, раздражимость, движение, рост и развитие, воспроизведение, эволюция.

Биологические системы – это объекты различной сложности, имеющие несколько уровней структурно-функциональной организации и представляющие собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов. Примеры биологических систем: клетка, ткани, органы, организмы, популяции, виды, биоценозы, экосистемы разных рангов и биосфера.

Биологические системы (или живые системы) отличаются от тел неживой природы совокупностью признаков и свойств, среди которых основными являются:

• клеточное строение (Все существующие на Земле организмы состоят из клеток. Исключением являются вирусы, проявляющие свойства живого только в других организмах.);
• особенности химического состава (Главными особенностями химического состава клетки и многоклеточного организма являются соединения углерода — белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты. В неживой природе эти соединения не образуются);
• обмен веществ и превращения энергии (Обмен веществ — совокупность биохимических превращений, происходящих в организме и других биосистемах. Все живые системы являются открытыми системами, через которые непрерывно идут потоки веществ, энергии и информации. К открытым системам относят системы, между которыми и окружающей средой происходит обмен веществ и энергии, например, растения в процессе фотосинтеза улавливают солнечный свет и поглощают воду и углекислый газ, выделяя кислород);
• гомеостаз — это способность биологических систем противостоять изменениям и поддерживать относительное постоянство химического состава, строения и свойств, а также обеспечивать постоянство функционирования в изменяющихся условиях окружающей среды;
• раздражимость — способность организма реагировать на внешние и внутренние раздражители (рефлексы у животных и тропизмы, таксисы и настии у растений);
• движение — возможность активного взаимодействия со средой, в частности, перемещение с места на место, захват пищи и т. п.;
• рост и развитие (Все организмы растут в течение своей жизни. Под развитием понимают как индивидуальное развитие организма, так и историческое развитие живой природы);
• воспроизведение (Способность живых систем воспроизводить себе подобных. В основе размножения лежит процесс удвоения молекул ДНК с последующим делением клеток);
• эволюция — естественный процесс развития живой природы, сопровождающийся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, видообразованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом.

Общность химического состава живых систем и неживой природы говорит о единстве и связи живой и неживой материи. Весь мир представляет собой систему, в основании которой лежат отдельные атомы. Атомы, взаимодействуя друг с другом, образуют молекулы. Из молекул в неживых системах формируются кристаллы горных пород, звезды, планеты, вселенная. Из молекул, входящих в состав организмов, формируются живые системы — клетки, ткани, организмы. Взаимосвязь живых и неживых систем отчетливо проявляется на уровне биогеоценозов и биосферы.

Уровни организации живых систем отражают соподчиненность, иерархичность структурной организации жизни. Уровни жизни отличаются друг от друга сложностью организации системы. Клетка устроена проще по сравнению с многоклеточным организмом или популяцией.

Структурная организация — живые системы Земли, характеризующиеся упорядоченностью и сложностью структур на всех уровнях организации, несмотря на то, что построены из тех же химических элементов, что и неживые.

Уровневая организация и эволюция. Основные уровни организации живой природы: клеточный организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный.

Чем занимается

Биологи изучают окружающий мир, выявляют особенности его обитателей. Большинство занимаются изучением живых организмов в узкой направленности.

Поэтому биологдолжен обладать знаниями, как в биологии в целом, так и в узкой направленности своих исследований.

Так как в профессии достаточно много направлений, то в зависимости от выбранного, специалистов в этой сфере разделяют на следующие категории:

• Биолог-теоретик. Работает в лаборатории, ставит опыты, выявляет взаимосвязь, проводит исследования.
• Биолог-практик. Осуществляет поездки по миру с целью открытия новых видов.

Связь биологии и экологии

Экология (от греч. οἶκος  — дом, λόγος — наука) — это наука о взаимосвязи живого между собой и с окружающей средой. Экология возникла как сугубо биологическая наука, но в наше время она превратилась в науку о фундаментальных свойства экосистем и их компонентов. Одним из первых, кто начал рассматривать экологию как узкую биологическую научную дисциплину, а как междисциплинарную науку, был выдающийся зоолог и эколог Одум (1913-2002). В научном труде «Основы экологии» (1953) ученый предложил новую структурную организацию экологии, центральное место в которой отведено экосистемам. Новая концепция Одума стала настоящей революцией в экологии.

Современная экология является междисциплинарной самостоятельной наукой, связанной со многими другими науками и прежде всего с биологией. Экологические знания необходимы для исследований по ботанике, зоологии, физиологии, морфологии, систематики, биогеографии, эволюционной биологии, генетики, биотехнологии, поскольку биологические системы — это открытые системы, которые взаимосвязаны с окружающей средой триединым потоком веществ, энергии и информации. При этом экология является биологической наукой из-за того, что исследует биологические системы и их свойства.

На современном этапе развития общества биологические и экологические исследования объединяет общая и чрезвычайно актуальная цель: предоставить общую картину функционирования природы и определить место и роль человека в природных процессах. Само существование живой природы на нашей планете и процветания человеческого общества зависят от того, насколько быстро будут раскрыты закономерности существования экосистем и биосферы в целом.

Итак, характер междисциплинарных связей биологии и экологии на современном этапе развития общества определяется необходимостью решения глобальных проблем человечества.

Исторические сведения

История биологии имеет очень глубокие корни. Еще древние люди изучали животных, на которых охотились; знали, где найти растения, которые использовали в пищу. Изобретения в медицине и сельском хозяйстве были большими достижениями ранних цивилизаций Месопотамии, Китая и Египта.

Позднее появляются первые ученые-биологи. Аристотель считается первым, кто занимался зоологией с научной точки зрения. В 300 году до н. э. его ученик Теофраст написал ботанический текст о жизненном цикле, структуре и использовании растений. Римский врач Гален использовал свой медицинский опыт для предоставления неотложной помощи гладиаторам на арене, а после писал детализированные тексты о хирургических процедурах.

Во времена Возрождения при вскрытиях тела присутствовал Леонардо да Винчи. На основе увиденного, он рисовал подробные анатомические рисунки, которые и сегодня считаются превосходными.

После изобретения печатного станка появляется первая иллюстрированная книга по биологии. Это ботанический текст, написанный немецким ботаником Леонардом Фучем в 1542 году.

Новый мир для ученых открывает изобретение микроскопа. В 1665 году Роберт Гук использует очень просто сконструированный микроскоп, чтобы исследовать тонкий срез пробки. Он открывает отдельные прямоугольные единицы, названные им клетками. В XVII столетии английский врач Уильям Харви первым описывает полное движение крови по человеческому телу – кровообращение.

Биологические науки

Запрос «» перенаправляется сюда. На эту тему нужно создать отдельную статью.

Большинство биологических наук является дисциплинами с более узкой специализацией. Традиционно они группируются по типам исследуемых организмов:

• ботаника изучает растения, водоросли и грибоподобные организмы,
• зоология — животных и протистов,
• микробиология — микроорганизмы и вирусы,
• микология — грибы (ранее являлась разделом ботаники).

Области внутри биологии далее делятся либо по масштабам исследования, либо по применяемым методам:

• биохимия изучает химические основы жизни,
• биофизика изучает физические 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 — закономерности наследственности и изменчивости,
• 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, описания, сравнения, исторического сравнения, экспериментов (опыта) и моделирования (в том числе компьютерного).

Биологические дисциплины

Акарология — Анатомия — Альгология — Антропология — Арахнология — Бактериология — Биогеография — Биогеоценология — Биотехнология — Биоинформатика — Биология океана — Биология развития — Биометрия — Бионика — Биосемиотика — Биоспелеология — Биофизика — Биохимия — Ботаника — Биомеханика — Биоценология — Биоэнергетика — Бриология — Вирусология — Генетика — Геоботаника — Герпетология — Гидробиология — Гистология — Дендрология — Зоология — Зоопсихология — Иммунология — Ихтиология — Колеоптерология — Космическая биология — Ксенобиология — Лепидоптерология — Лихенология — Малакология — Микология — Микробиология — Мирмекология — Молекулярная биология — Морфология — Нейробиология — Орнитология — Палеонтология — Палинология — Паразитология — Радиобиология — Систематика — Системная биология — Синтетическая биология — Спонгиология — Таксономия — Теоретическая биология — Териология — Токсикология — Фенология — Физиология — Физиология ВНД — Физиология животных и человека — Физиология растений — Фитопатология — Цитология — Эволюционная биология — Экология — Эмбриология — Эндокринология — Энтомология — Этология.

Некоторые особенности общей биологии и ее взаимосвязи с другими науками

Биология изучает биологическую форму движения материи, т. е. совокупность организмов, живущих на планете Земля, в том числе человека. Из-за огромного разнообразия представителей живого на Земле биология представляет собой комплекс различных биологических наук и включает ботанику, микологию (науку о грибах), зоологию, комплекс наук о человеке как биологическом объекте, общую биологию и другие науки. Ниже рассмотрены общие представления о биологии и ее составляющих.

Биология — комплекс наук, изучающих все живое вещество и организмы, им образуемые.

Какие науки включает в себя биология:

Ботаника — наука, изучающая биологические особенности растений. Совокупность всех растений на Земле называют флорой Земли. Традиционно вместе с растениями в курсе ботаники изучают грибы, бактерии, сине-зеленые водоросли, вирусы, которые в строгом смысле не относятся к растениям, а принадлежат к другим царствам организмов. Так, грибы образуют особое царство Грибы, а наука о грибах называется микологией.

Зоология — наука, изучающая царство Животные.

Совокупность всех животных, населяющих Землю, называют фауной Земли. Принято говорить о фауне той или иной области, того или иного региона и т. д.

Биологические особенности человека изучает целый комплекс наук: анатомия, физиология, гигиена человека (несмотря на то что человек является структурной единицей царства Животные, он относится к типу хордовых, классу млекопитающих, отряду приматов, семейству человекообразных обезьян, роду человек, виду человек разумный).

Общая биология — особый раздел биологии, изучающий наиболее общие закономерности биологической формы существования материи.

На современном этапе развития биологии общая биология представляет собой комплекс наук, состоящий из отдельных, достаточно самостоятельных, но тесно взаимосвязанных наук: молекулярной биологии, цитологии, теории развития и размножения, генетики, селекции, эволюционной теории, экологии. В предмете Общая биология эти науки представлены в виде разделов, которыми в курсе Общая биология с основами экологии и природоохранной деятельности являются следующие:

1. Цитология — раздел, изучающий клетку, ее химический состав, биохимические процессы, протекающие в клетке, строение и функции отдельных органоидов клетки.

2. Учение об индивидуальном развитии — онтогенезе — раздел, включающий учение о размножении и развитии организмов (тесно связан с цитологией).

3. Генетика с основами селекции — раздел, рассматривающий закономерности наследственности, изменчивости, их материальные носители (генетика), принципы и методы выведения новых пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов (селекция); теоретической основой селекции является генетика.

4. Эволюционное учение (теория) — раздел, изучающий филогенез (историческое развитие видов); составной частью этого учения является дарвинизм; основой данного учения (теории) — генетика, селекция и другие биологические науки.

5. Экология с основами природоохранной деятельности — раздел, рассматривающий вопросы взаимосвязи организмов друг с другом, средой обитания, а также воздействие человека на Природу и пути преодоления негативных последствий этого воздействия.

Общая биология тесно взаимосвязана с комплексом медицинских и сельскохозяйственных наук, являясь, с одной стороны, их базой, а с другой — эти науки дают богатый фактический материал для иллюстрации общебиологических закономерностей. Знание и понимание вопросов общей биологии невозможно без владения знаниями математики, химии, физики, геологии, астрономии, философии и других наук естественного и гуманитарного циклов. Так, без знания основ органической химии невозможно понять ни молекулярную биологию, ни проблемы обмена веществ, лежащих в основе экологии, ни вопросы цитологии. Все это делает необходимым глубокое усвоение знаний как общебиологического характера, так и знаний других и естественно-математических и гуманитарных наук.

Знания общебиологических понятий и закономерностей имеют огромное значение для каждого человека, поскольку они являются базой для понимания основных проблем экологии (как специальной отрасли знаний), без овладения которыми современный человек не сможет выжить в постоянно усложняющейся экологической обстановке на нашей планете.