Биология в современном естествознании. 4

Санкт-Петербургский  государственный институт психологии и социальной работы. 
 
 
 
 
 

Контрольная работа по дисциплине концепции современного естествознания

на тему: «Биология  в современном естествознании» 

                                                                                    Выполнила студентка

                                                                                    очной формы 1 года обучения

                                                                                    Холопайнен  Дарья

                                                                                    Проверила  к. ф. н.

                                                                                    Быданова Н. Б.        

                                                                                    Подпись  

                                                         2010 год

Содержание:

1. Биология и ее  предмет.

• Уровни организации
• Более узкие специализации биологии

2. Традиционная или  натуралистическая биология.

• Система растительного и животного мира  К. Линнея
• Учение   Ж.  Б.  Ламарка   «Ламаркизм»

3. Физико-химическая  биология: методы и познавательные возможности.

• Методы физико-химической биологии
• Познавательные возможности

4. Эволюционная биология: становление, содержание, задачи.

5. Список  литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Биология и ее  предмет.

Биология  — наука о жизни (живой природе), одна из естественных наук, предметом которой являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой. Биология изучает все аспекты жизни, в частности, структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле. Классифицирует и описывает живые существа, происхождение их видов, взаимодействие между собой и с окружающей средой.

Как особая наука биология выделилась из естественных наук  , когда учёные обнаружили, что живые организмы обладают некоторыми общими для всех характеристиками. Биология оформилась как самостоятельная научная дисциплина об общих свойствах живого только в течение XIX века. Это было связано с проблематизацией понятия жизни и установлением фундаментального различия между живыми и неживыми природными телами. Термин «биология» был введен в 1802 году Жаном Батистом Ламарком. В основе современной биологии лежат пять фундаментальных принципов: клеточная теория, эволюция, генетика, гомеостаз и энергия. В наше время биология — стандартный предмет в средних и высших учебных заведениях всего мира.

В биологии выделяют следующие уровни организации:

• Клеточный, субклеточный и молекулярный уровень: клетки содержат внутриклеточные структуры, которые строятся из молекул.
• Организменный и органно-тканевой уровень: у многоклеточных организмов клетки составляют ткани и органы. Органы же, в свою очередь, взаимодействуют в рамках целого организма.
• Популяционный уровень: особи одного и того же вида, обитающие на части ареала, образуют популяцию.
• Видовой уровень: свободно скрещивающиеся друг с другом особи обладающие морфологическим, физиологическим, биохимическим сходством и занимающие определённый ареал (район распространения) формируют биологический вид.
• Биогеоценотический и биосферный уровень: на однородном участке земной поверхности складываются биогеоценозы, которые, в свою очередь, образуют биосферу.

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. 
 
 
 
 
 

2. Традиционная или  натуралистическая биология.

Традиционная  или натуралистическая биология. Ее объектом изучения является живая природа в ее естественном состоянии и нерасчлененной целостности. Истоки традиционной биологии восходят к средним векам, хотя вполне естественно здесь вспомнить и работы Аристотеля, который рассматривал вопросы биологии, биологического прогресса, пытался систематизировать живые организма («лестница Природы»). Оформление биологии в самостоятельную науку – натуралистическую биологию приходится на XVlll – XlX века. Первый этап натуралистической биологии ознаменовался созданием классификаций животных и растений. К ним относятся известная классификация К. Линнея (1707 – 1778), являющаяся традиционной систематизацией растительного мира, а также классификация Ж.-Б. Ламарка, применившего эволюционный подход к классифицированию растений и животных. Традиционная биология не утратила своего значения и в настоящее время. В качестве доказательства приводят положение экологии среди биологических наук а также во всем естествознании. Ее позиции и авторитет в настоящее время чрезвычайно высоки, а она в первую очередь основывается в принципах традиционной биологии, поскольку исследует взаимоотношений организмов между собой (биотические факторы) и со средой обитания (абиотические факторы).

Созданная Линнеем система растительного и животного мира завершила огромный труд ботаников и зоологов 1-й половины XVlll века. Одна из главных заслуг Линнея в том, что в "Системе природы" он применил и ввёл в употребление так называемую бинарную номенклатуру, согласно которой каждый вид обозначается двумя латинскими названиями — родовым и видовым. Линней определил понятие "вид", пользуясь как морфологическими (сходство в пределах потомства одной семьи), так и физиологическими (наличие плодовитого потомства) критериями, и установил чёткое соподчинение между систематическими категориями:

• класс
• отряд (порядок)
• род
• вид
• вариация

• Система  растительного  и  животного  мира  К. Линнея

В основу классификации растений Линней положил число, величину и расположение тычинок и пестиков цветка, а также признак одно-, дву- или многодомности растения, т.к. считал, что органы размножения — самые существенные и постоянные части тела у растений. На основе этого принципа он делил все растения на 24 класса. Благодаря простоте применённой им номенклатуры значительно облегчились описательные работы, виды получили чёткие характеристики и названия. Сам Линней открыл и описал около 1500 видов растений.

Всех животных Линней делил на 6 классов:

• млекопитающие
• птицы
• амфибии
• рыбы
• черви
• насекомые

 Одно из  достоинств этой классификации  в том, что человек был включён  в систему животного царства  и отнесён к классу млекопитающих,  к отряду приматов. Классификации  растений и животных, предложенные Линней, с современной точки зрения искусственны, т.к. они основаны на небольшом числе произвольно взятых признаков и не отражают действительного родства между разными формами. Так, на основании одного лишь общего признака — строения клюва — Линней, относил страуса, казуара, павлина и курицу к одному отряду. Сознавая искусственность своей системы, Линней пытался построить "естественную" систему, основанную на совокупности многих признаков, но не достиг цели.

Линней  был противником идеи исторического развития органического мира; он считал, что число видов остаётся постоянным, со времени их "сотворения" они не изменялись, а потому задача систематики — раскрытие порядка в природе, установленного "творцом". Однако огромный опыт, накопленный Линнеем, его знакомство с растениями из различных местностей, не могли не поколебать его метафизических представлений. В последних трудах Линней в очень осторожной форме высказывал предположение, что все виды одного рода составляли вначале один вид, и допускал возможность появления новых видов, образовавшихся в результате скрещиваний между уже существовавшими видами. 
 

• Учение   Ж.  Б.  Ламарка   «Ламаркизм»

Ламаркизм, первое целостное учение об эволюционном развитии живой природы, основные идеи которого были изложены Ж. Б. Ламарком в "Философии  зоологии" (1809).

В основе Ламаркизма лежит представление о градации — внутреннем "стремлении к совершенствованию", присущем всему живому; действием этого фактора эволюции определяется развитие живой природы, постепенное, но неуклонное повышение организации живых существ — от простейших до самых совершенных. Результат градации — одновременное существование в природе организмов разной степени сложности, как бы образующих иерархическую лестницу существ. Градация легко прослеживается при сравнении представителей крупных систематических категорий организмов (например, классов) и на органах, имеющих первостепенное значение. Считая градацию отображением основной тенденции развития природы, насажденной "верховным творцом всего сущего", Ламарк пытался, однако, дать этому процессу и материалистическую трактовку: в ряде случаев он связывал усложнение организации с действием флюидов (например, теплорода, электричества), проникающих в организм из внешней среды. Другой фактор эволюции, по Ламарку, — постоянное влияние внешней среды, приводящее к нарушению правильной градации и обусловливающее формирование всего многообразия приспособлений организмов к окружающим условиям. Изменение среды — основная причина видообразования; пока среда неизменна, виды сохраняют постоянство; если в ней произошёл сдвиг, виды изменяются. Ламарк сознательно разграничивал эти факторы эволюции, отмечая, что первому из них в организме соответствуют "способности постоянные", второму — "способности, подверженные изменению под влиянием обстоятельств".

Внешняя среда  на растения и низших животных, лишённых дифференцированной нервной системы, действует непосредственно, вызывая  у них приспособительные изменения. Животные, обладающие нервной системой, испытывают косвенное влияние среды, их эволюционные преобразования осуществляются более сложным путём. Сколько-нибудь значительная перемена во внешних условиях приводит к изменению потребностей животных, обитающих в данной местности; изменение потребностей влечёт за собой  изменение привычек, направленных на удовлетворение этих потребностей; изменение  привычек ведёт к усиленному употреблению одних органов и неупотреблению других.  
 

Чаще функционирующие  органы усиливаются и развиваются, а задействованные ослабевают и исчезают. Возникшие функционально-морфологические изменения передаются по наследству потомству, усиливаясь из поколения в поколение.

Таким образом, по Ламарку, ведущую роль в эволюционных преобразованиях организмов играет функция: изменение формы — следствие  изменения функции. Положения об упражнении органов и о наследовании приобретённых признаков были возведены Ламарком в ранг универсальных законов эволюции. Несостоятельность обоих "законов" была доказана экспериментально уже в конце XlX века и особенно в начале XX века благодаря открытиям генетики. В позднейших трудах (1815, 1820) Ламарк в значительной мере сближает оба фактора эволюции. Он склонен рассматривать среду не только как силу, нарушающую прямолинейность градации, но и как основной фактор эволюции. Соответственно и происхождение главных ветвей родословного древа организмов он связывает с влиянием конкретных условий существования.

Обосновывая своё учение, Ламарк опирался на следующие  факты: наличие разновидностей, занимающих промежуточное положение между  двумя видами; трудности диагностики  близких видов и наличие в  природе множества "сомнительных видов"; изменение видовых форм при переходе в иные экологические  и географические условия; случаи гибридизации, особенно межвидовой. Важными доказательствами превращения видов Ламарк считал также обнаружение ископаемых форм, изменения животных при одомашнении  и растений при введении в культуру. Развивая представления об эволюции, он пришёл к выводу об отсутствии реальных границ между видами и к отрицанию  самого существования видов. Наблюдаемые  разрывы в естественном ряду органических форм (что даёт возможность их классифицировать) — это только кажущиеся нарушения  единой непрерывной цепи организмов, объясняющиеся неполнотой наших  знаний. Природа, по его мнению, представляет собой непрерывный ряд изменяющихся индивидуумов, а систематики лишь искусственно, ради удобства классификации, разбивают этот ряд на отдельные  систематические группы. Подобное представление  о текучести видовых форм стояло в логической связи с трактовкой развития как процесса, лишённого  каких бы то ни было перерывов и  скачков (так называемый плоский  эволюционизм). Такому пониманию эволюции соответствовало отрицание естественного  вымирания видов: ископаемые формы, по Ламарку, не вымерли, а, изменившись, продолжают существовать в обличье  современных видов. Существование  самых низших организмов, как бы противоречащее идее градации, объясняется  их постоянным самозарождением из неживой  материи.  
 
 

Согласно  Ламарку, эволюционные изменения обычно не удаётся непосредственно наблюдать  в природе лишь потому, что они  совершаются очень медленно и  несоизмеримы с относительной краткостью человеческой жизни.

Ламарк распространил  принцип эволюции и на происхождение  человека, хотя в условиях господствовавшего  креационизма был вынужден маскировать  свои убеждения. Он считал, что человек  произошёл от обезьян. К числу  факторов становления человека он относил  переход к прямохождению и возникновение речи. Ламарк подходил исторически и к высшим проявлениям жизнедеятельности — сознанию и психике человека, связывая их возникновение с эволюцией нервной системы и её высшего отдела — головного мозга.

Не дав  объяснения органической целесообразности и не вскрыв истинной причины эволюционного  развития, Ламарк, однако, впервые провозгласил принцип эволюции всеобщим законом  живой природы. Бросив смелый вызов  господствовавшим в то время представлениям о постоянстве видов, он одним  из первых сделал проблему эволюции предметом  специального изучения, особым направлением биологических исследований. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Физико-химическая  биология: методы и познавательные  возможности.

Физико-химическая биология - комплексная наука о физико-химических основах жизнедеятельности организмов. Включает биохимию, биофизику, молекулярную биологию и биоорганическую химию. Термин широко употребляется с конца 70-х годов  XX века. 

Биохимия (биологическая, или физиологическая химия) — наука о химическом составе живых клеток и организмов и о химических процессах, лежащих в основе их жизнедеятельности. Термин "биохимия" эпизодически употреблялся с середины XIX века, но в классическом смысле он был предложен и введен в научную среду в 1903 году немецким химиком Карлом Нейбергом. 

Биофизика - это наука о физических процессах, протекающих в биологических системах разного уровня организации и о влиянии на биологические объекты различных физических факторов. Биофизика призвана выявлять связи между физическими механизмами, лежащими в основе организации живых объектов и биологическими особенностями их жизнедеятельности. 

Молекулярная  биология — комплекс биологических наук, изучающих механизмы хранения, передачи и реализации генетической информации, строение и функции нерегулярных биополимеров (белков и нуклеиновых кислот). 

Биоорганическая химия - изучает связь между строением органических веществ и их биологическими функциями. Объекты исследований: биополимеры, витамины, гормоны, антибиотики и др. Сформировалась в самостоятельную область в 50-х годах XX века на стыке биохимии и органической химии. Биоорганическая химия тесно связана с практическими задачами медицины, сельского хозяйства, химической, пищевой и микробиологической промышленности. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

• Методы физико-химической биологии.

На протяжении всей истории развития биологии физические и химические методы были важнейшим  инструментом исследования биологических  явлений и процессов живой  природы. Важность внедрения таких  методов в биологию подтверждают экспериментальные результаты, полученные с помощью современных методов  исследования, зародившихся в. смежных  отраслях естествознания - физике и  химии. В этой связи неслучайно в 1970-х годах в отечественном  научном лексиконе появился новый  термин "физико-химическая биология", состоящий из привычных и давно  известных нам слов. Появление  этого термина свидетельствует  не только о синтезе физических, химических и биологических знаний, но и о качественно новом уровне развития естествознания, в котором  происходит непременно взаимное обеспечение  отдельных его отраслей. Физико-химическая биология содействует сближению  биологии с точными науками - физикой  и химией, а также становлению  естествознания как единой науки  о природе.

В физико-химической биологии широко применяются различные  методы фракционирования, основанные на том или ином физическом либо химическом явлении. Довольно эффективный  метод фракционирования предложил  русский биолог и биохимик М.С. Цвет (1872-1919). Сущность его метода заключается  в разделении смеси веществ, основанном на поглощении поверхностью твердых  тел компонентов разделенной  смеси, на ионном обмене и на образовании  осадков.

Радиоспектроскопия, скоростной рентгеноструктурный анализ, ультразвуковое зондирование и многие другие современные средства исследования составляют арсенал методов прижизненного  анализа. Все эти методы не только широко применяются в физико-химической биологии, но и взяты на вооружение современной медициной. 

• Познавательные  возможности физико-химической биологии.

Характерная особенность современной физико-химической биологии - ее стремительное развитие. Трудно перечислить все ее достижения, но некоторые из них заслуживают  особого внимания. В 1957 г. был реконструирован  вирус табачной мозаики из составляющих его компонентов. В 1968- 1971 гг. произведен искусственный синтез гена для одной  из транспортных молекул путем последовательного  введения в пробирку с синтезируемым  геном новых нуклеотидов.  
 

Весьма важными  оказались результаты исследований по расшифровке генетического кода: было показано, что при введении искусственно синтезированных молекул  в бесклеточную систему, т. е. систему без живой клетки, обнаруживаются информационные участки, состоящие из трех последовательных нуклеотидов, являющихся дискретными единицами генетического кода. Авторы этой работы - американские биохимики М. Ниренберг (р. 1927), X. Корана (р. 1922) и Р. Холли (р.1922).

Расшифровка различных видов саморегуляции - также важное достижение физико-химической биологии. Саморегуляция как характерное свойство живой природы проявляется в разных формах, таких, как передача наследственной информации - генетического кода; регуляция биосинтетических процессов белка (ферментов) в зависимости от характера субстрата и под контролем генетического механизма; регуляция скоростей и направлений ферментных процессов; регуляция роста и морфогенеза, т.е. образования структур разного уровня организации; регуляция анализирующей и управляющей функций нервной системы.

Живые организмы - весьма сложный объект для исследований. Но все же современные технические  средства позволяют все глубже и  глубже проникнуть в тайны живой  материи. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Эволюционная  биология: становление, содержание, задачи.

Эволюционная  биология - это наука, которая изучает, как происходила и происходит эволюция, исследует механизмы, закономерности и пути эволюции. Выдающийся биолог Феодосий Добржанский сказал: «Биология приобретает смысл только в свете эволюции». Эволюционная биология дает ключ к пониманию принципов, по которым устроена жизнь на Земле. Базируясь на знании эволюционной истории живых организмов и понимании процессов, которые определяют их наследственные изменения и приспособление друг к другу и окружающей среде, эволюционная биология дает объяснение всем биологическим явлениям: от молекулярных до биосферных. Она объясняет, как и почему ныне живущие организмы, включая нас самих, стали такими, какие они сейчас. Эволюционная биология внесла фундаментальный вклад в понимание того, как устроен мир вокруг нас и какое место мы занимаем в этом мире.

Идеи, методы и подходы эволюционной биологии внесли и продолжают вносить фундаментальный  вклад во многие отрасли биологии, такие как генетика, молекулярная биология и биология развития, физиология, экология, а также в геологию, палеонтологию, медицину, сельскохозяйственные науки, психологию, антропологию, информатику  и другие науки.

Понимание механизмов эволюции чрезвычайно важно для  разработки методов сохранения фауны  и флоры. Без анализа механизмов эволюции популяций исчезающих видов  невозможна разработка эффективных  методов их сохранения в природе. Изучение и сравнение геномов  различных видов позволяет выделять гены, которые могут оказаться  полезными для повышения продуктивности культивируемых растений и домашних животных. Тот же подход используется для выделения и картирования генов, вызывающих наследственные болезни  человека. Методы и принципы эволюционной биологии позволяют установить механизмы  появления и распространения  инфекционных болезней, анализировать  эволюцию устойчивости патогенных бактерий и вирусов к лекарственным  средствам.

Эволюционная  биология как наука о развитии живой природы начиналась с материалистической теории эволюции органического мира Земли, основанной на воззрениях английского  естествоиспытателя Чарльза Дарвина. Эволюция, по Дарвину, осуществляется в результате взаимодействия трех основных факторов: изменчивости, наследственности и естественного отбора. Изменчивость служит основой образования новых  признаков и особенностей в строении и функциях организмов. Наследственность закрепляет эти признаки.  
 
 

Под действием  естественного отбора устраняются  организмы, не приспособленные к  условиям существования. Благодаря  наследственной изменчивости и непрерывному действию естественного отбора организмы  в процессе эволюции накапливают  все новые приспособительные  функции, что в конечном результате ведет к образованию новых  видов. Таким образом, Дарвин установил  движущие силы эволюции органического  мира, объяснил процесс развития и  становления биологических видов.

В то время, когда  формировалось учение Дарвина, биология располагала весьма скромными знаниями о химическом составе организмов, о процессе обмена и о других, хорошо известных в настоящее  время свойствах живой природы. Однако даже те знания не имели какого-нибудь существенного значения при создании эволюционного учения. Дарвин был  истинным натуралистом и его теория - итог пристального, целенаправленного  наблюдения над живой природой в  самых различных ее проявлениях. А это означает, что эволюционное учение произрастало на благодатной  почве традиционной биологии с ее ставшими к тому времени классическими методами наблюдений. Одних только целенаправленных наблюдений и системного подхода при анализе их результатов оказалось вполне достаточно для формирования важнейшего принципа - принципа естественного отбора. Этот принцип оказался настолько сильным, что накопленные в дальнейшем знания в традиционной биологии и даже в современной - физико-химической - биологии не смогли отвергнуть или даже как-то существенно изменить саму идею естественного отбора. В эволюционной биологии принцип естественного отбора остается основополагающим и в настоящее время.

В процессе развития эволюционного учения возникли разные направления, в том числе и  нейтралистская теория эволюции, отличающаяся от дарвиновского учения. Все эволюционные направления так или иначе базируются на последних достижениях смежных отраслей биологии и естествознания. Происходит, таким образом, своеобразный эволюционный синтез, приводящий к взаимному обогащению эволюционных теорий для микро-, макро- и мегаобъектов, которые представляют характерную особенность современного естествознания, заключающуюся в общем и в то же время едином подходе в многостороннем изучении единой природы в различных ее проявлениях.