Биология: возникновение развитие и рассматриваемые проблемы

Содержание

1. Введение           3
2. Зарождение биологии как науки       4
3. Образы, идеи, принципы и понятия биологии XVIII в.   8
4. Отличие живого от неживого        11
5. Концепция возникновения жизни       18
1. Вещественная основа жизни        25
6. Заключение          26
7. Список используемой литературы       27

Введение

Стихийно-эмпирическое накопление знаний о мире органических явлений длилось  тысячелетиями. Но долгое время знания о биологических явлениях не выделялись из общей совокупности знаний о природе  в самостоятельную отрасль. Биологические  знания излагались вперемешку со знаниями о химических, физических, географических, климатических, метеорологических, социально-исторических явлениях. Специфика биологического объекта просто не фиксировалась, стихийно - эмпирически накапливаясь в основном как побочный продукт деятельности ремесленников, крестьян, путешественников, алхимиков, паломников, купцов, фармацевтов, лекарей и др. Природа выступала как нерасчлененное целое.

В эпоху Возрождения ситуация в  сфере познания живого изменилась. Здесь особое место принадлежит XVI в. В истории биологии этот период выделяется как начало глубокого  перелома в способах познания живого. Ренессансный гуманизм, пересмотрев  представление о месте человека в природе, возвысил роль человека в  мире, вплоть до того, что божественность стали рассматривать как один из атрибутов человечности. В человеке видели венец, светоч природы, полагая, что уже в силу одного этого  он достоин самого тщательного изучения, внимания и заботы. Отражением главной  ориентации той эпохи — ориентации на человека, на совокупность его ближайших  потребностей и прежде всего на решение  наиболее близких ему медицинских  проблем — было быстрое развитие биологического познания. Известный  историк естествознания П. Таннери, характеризуя данный период развития биологии, писал: “...История науки  в первой половине ХVI столетия была, в сущности, только историей медицины”¹. В сторону человека развернулась даже алхимия; результатом слияния алхимии с медициной стала ятрохимия. Основоположник ятрохимии Парацельс утверждал, что «настоящие цели алхимии заключаются не в изготовлении золота, а в приготовлении лекарств».

2. Зарождение биологии как науки

Особенности развития биологии в XVI—XVII вв. во многом определялись практическими потребностями развивавшегося капиталистического хозяйства, прежде всего его аграрного сектора, социально-классовыми потрясениями, ростом влияния материалистической философии на естествознание в целом и биологию в частности, институционализацией научной деятельности. На смену средневековой феодальной упрощенной культурно-бытовой сфере жизнедеятельности приходит буржуазный образ жизни, сформировавшийся в среде городской бюргерской культуры. Его важнейшими атрибутами были, в частности, цветоводство и садоводство. В XV—XVI вв. потребности медицины обусловили появление разного рода травников, а затем и создание “аптекарских садов”, которые впоследствии превратились в ботанические сады; широко развивалась практика сбора гербариев. Мир животных тоже становится объектом интереса. В эпоху Возрождения значительно совершенствуется организация коневодства и конных заводов. А при дворах многих европейских правителей создаются даже настоящие зоопарки. На таком фоне повышается интерес к растению и животному как таковому. Как совершенно справедливо отмечал первооткрыватель итальянского Возрождения Я. Буркхард, “всем этим была... создана... благоприятная почва для развития научной зоологии, как и ботаники”².

Значительные изменения происходят в способе биологического познания — вырабатываются стандарты, критерии и нормы исследования органического  мира. На смену стихийности, спекулятивным  домыслам, фантазиям и суевериям  постепенно приходит установка на объективное, доказательное, эмпирически обоснованное знание. Благодаря коллективным усилиям  ученых многих европейских стран  такая установка обеспечила постепенное  накопление колоссального фактического материала. Значительную роль в этом процессе сыграли Великие географические открытия, эпоха которых раздвинула мировоззренческий горизонт европейцев — они узнали множество новых биологических, геологических, географических и других явлений. Фауна и флора вновь открытых стран и континентов не только значительно расширили эмпирический базис биологии, но и поставили вопрос о его систематизации.

Огромная описательная накопительная  работа, проведенная в XVI—XVII вв. в  биологии, имела важные последствия. Во-первых, она вскрыла реальное многообразие растительных и животных форм и наметила общие пути их систематизации. Если в ранних ботанических описаниях (О. Брунфельса, И. Бока, К. Клузиуса и  др.) еще отмечается множество непоследовательностей  и отсутствуют четкие принципы систематизации и классификации, то уже М. Лобелий. К. Баугин и особенно А. Цезальпино закладывают  программу создания искусственной  систематики (получившую свое развитие в работах Ж.Л. Турнефора, искусственная  система которого была общепринятой в конце XVII — первой половине XVIII в.), а И. Юнг дает теоретический  ориентир на развитие естественной систематики  растений, получивший развитие в трудах Р. Моррисона и Дж. Рэя.

В это же время осуществляется и  систематизация зоологического материала, прежде всего такими учеными-энциклопедистами, как К. Геснер и У. Альдрованди. Закладываются  основы частных отраслей зоологии —  энтомологии (Т. Моуфет), орнитологии (П. Белон), ихтиологии (Г. Рондель). Сильнейший импульс развитию зоологии был дан  изобретением микроскопа. Обнаружение  мира микроорганизмов А. ван Левенгуком оказало поистине революционизирующее  влияние на развитие биологии, а  Ф. Стелутти одним из первых применил микроскоп для изучения анатомии животных, в частности насекомых.

Накопительная биологическая работа в XVI— XVII вв. значительно расширила сведения о морфологических и анатомических характеристиках организмов. В трудах Р. Гука, Н. Грю, Я. Гельмонта, М. Мальпиги и др. получила развитие анатомия растений, были открыты клеточный и тканевый уровни организации растений, сформулированы первые догадки о роли листьев и солнечного света в питании растений. Установление пола у растений и внедрение экспериментального метода в ботанику — заслуга Р.Я. Камерариуса; садовод Т. Ферчаильд (не позже 1717 г.) создал первый искусственный растительный гибрид (двух видов гвоздики). На основе искусственной гибридизации совершенствовались методы искусственного опыления, закладывались отдаленные предпосылки генетики.

Важной вехой в развитии анатомии стало творчество А. Везалия, исправившего ряд крупных ошибок, укоренившихся  в биологии и медицине со времен античности. М. Сервет, павший жертвой  протестантского религиозного фанатизма, и У. Гарвей исследовали проблему кровообращения. У. Альдрованди обратился  к традиции античной эмбриологии, а  его ученик В. Койтер, систематически изучая развитие куриного зародыша, заложил  основы методологии экспериментального эмбриологического исследования. Г. Фаллопий и Б. Евстахий проводят сравнение  структуры человеческого зародыша и взрослого человека, соединяя тем  самым анатомию с эмбриологией. На аристотелевско-телеологической основе формировались первые теоретические  концепции в эмбриологии (Фабриций из Аквапенденге). В XVII в. складывается синтез анатомии и физиологии, возникает  предпосылки структурно-функционального  подхода (Г. Азелли, Ж. Покэ, Ф. Глиссон, Р. дс Грааф и др.)

Важным следствием развития биологии явилось формирование научной методологии и методики исследования живого. Поиски рациональной, эффективной методологии привели к стремлению использовать в биологии методы точных наук — математики, механики, физики и химии. Сформировались даже целые направления в биологии — иатромеханика, иатрофизика и иатрохимия. В русле этих направлений были получены отдельные конструктивные результаты. Так, например, Дж. Борелли подчеркивал важную роль нервов в осуществлении движения, а Дж. Майов одним из первых провел аналогию между дыханием и горением. Значительный вклад в совершенствование тонкой методики анатомического исследования внес Я. Сваммердам.

Следствием накопительной работы является развитие теоретического компонента биологического познания — выработка понятий, категорий, методологических установок, создание первых теоретических концепций, призванных объяснить фундаментальные характеристики живого. Прежде всего, это касалось природы индивидуального развития организма, в объяснении которой сложилось два противоположных направления — преформизм и эпигенез.

Преформисты (Дж. Ароматари, Я.Сваммердам, А. ван Левенгук, Г.В. Лейбниц, Н. Мальбранш  и др.) исходили из того, что в зародышевой  клетке уже содержатся все структуры  взрослого многоклеточного организма, потому процесс онтогенеза сводится лишь к количественному росту  всех преобразованных зачатков органов  и тканей Преформизм существовал  в двух разновидностях: овистической, в соответствии с которой будущий  взрослый организм предобразован в  яйце (Я. Сваммердам, А. Валлисниери  и др.), и анималькулистской, сторонники которой полагали, что будущий  взрослый организм предобразован в  сперматозоидах (А. ван Левенгук, Н. Гартсекер, И. Либеркюн и др.).

Уходящая своими корнями в аристотелизм, теория эпигенеза (У. Гарвей, Р. Декарт, пытавшийся построить эмбриологию, изложенную и доказанную геометрическим путем, и др.) полностью отрицала какую бы то ни было предопределенность развития организма и отстаивала точку зрения, в соответствии с  которой развитие структур и функций  организма определяется воздействием внешних факторов на непреформированную зародышевую клетку. Борьба между  этими направлениями была острой, длительной, велась с переменным успехом. Каждое направление обосновывало свою позицию не только эмпирическими, но и философскими соображениями (так, преформизм хорошо согласовывался с  креационизмом: Бог создал мир со всеми населяющими его существами, как теми, которые были и есть, так и теми, которые еще только появятся в будущем).

В целом же биология в XVI—XVII вв. была в зачаточном состоянии; растительный и животный миры были исследованы  лишь в самых грубых чертах, биологические объяснения носили чисто механический и поверхностный характер. Биологическое познание еще не выработало в это время своей собственной системы методологических установок

3. Образы, идеи, принципы и понятия биологии XVIII в.

Особое место занимает XVIII в. в  истории биологии. Именно в XVIII в. в  биологическом познании происходит коренной перелом в направлении  систематической разработки научных  методов познания и формирования предпосылки первой фундаментальной  биологической теории — теории естественного  отбора

В плеяде выдающихся биологов XVIII в. звезды первой величины — Ж. Бюффон и К. Линней. В своем творчестве они  следовали разным исследовательским  традициям, воплощавшим для них  различные жизненные ориентиры. Каждый из них доводит исследовательскую  программу в основном до конца, что  оказало значительное влияние на развитие биологического познания. Бюффон в 36-томной “Естественной истории” одним из первых в развернутой  форме изложил концепцию трансформизма (ограниченной изменчивости видов и  происхождения видов в пределах относительно узких подразделений (от одного единого предка) под влиянием среды), он догадывался о роли искусственного отбора и как предшественник Ж. Сент-Илера  сформулировал идею единства живой  природы и единства плана строения живых существ (на основе представления  о биологическом атомизме).

К. Линней своей искусственной классификацией (в единственно возможной тогда  форме) подытожил длительный исторический период эмпирического накопления биологических  знаний (он описал свыше 10 тыс. видов  растений и свыше 4 тыс. видов животных) Вместе с тем Линней осознавал  ограниченность искусственной системы  и ее возможности. “Искусственная система, — писал он, служит только до тех  пор, пока не найдена естественная. Первая учит только распознавать растения. Вторая научит нас познать при роду самого растения”³. Естественная система есть идеал, к которому должны стремиться ботаника и зоология. “Естественный метод есть последняя цель ботаники”,— отмечал Линней⁴; его особенность в том, что он “включает все возможные признаки. Он приходит на помощь всякой системе, закладывает основание для новых систем. Неизменный сам по себе, он стоит непоколебимо, хотя открываются все новые и новые бесконечные роды. Благодаря открытию новых видов, он лишь совершенствуется путем устранения излишних примет”⁵. То, что Линней называет “естественным методом”, есть, в сущности, некоторая фундаментальная теория живого. Таким образом, историческая заслуга Линнея в том, что через создание искусственной системы он подвел биологию к необходимости рассмотрения колоссального эмпирического материала с позиций общих теоретических принципов, поставил задачу его теоретической рационализации.

В XVIII в. идеи естественной классификации  развивались Б. Жюсье, который в  ботаническом саду Трианона рассадил растения в соответствии со своими представлениями об их родстве, И. Гертнером, М. Адансоном и др. Первые естественные системы не опирались на представление  об историческом развитии организмов, а предполагали лишь некоторое их “сродство”. Но сама постановка вопроса  о “естественном сродстве” инициировала выявление объективных закономерностей  единого плана строения живого.

В середине XVIII в. среди биологов еще  не утвердилась мысль о том, что  объяснение организации живого находится  в прямой зависимости от понимания  истории его развития. Вместе с  тем постановка и обоснование  задачи создания естественной системы  означали, что начинается этап формирования предпосылок первой фундаментальной  теории в биологии, вскрывающей “механизм” происхождения органических видов. Но такие предпосылки формировались  не только в систематике, но и в  эмбриологии.

В первой половине XVIII в. борьба преформизма  и эпигенеза особенно обостряется. Все более четко проявляется  различие их философско-методологических оснований. Преформисты (Ш. Бонне, А. Галлер и др.), опиравшиеся на абстрактно-умозрительную  традицию, считали, что проблема эмбрионального развития Должна получить свое разрешение с позиций всеобщих принципов  бытия, постигаемых исключительно  разумом, и поэтому без особого  энтузиазма относились к эмпирическим исследованиям в эмбриологии. Сторонники теории преформации, как правило, были рационалистами и считали, что разум  определяет конечный результат познания независимо от результатов наблюдения.

На иных философско-методологических “строительных лесах” возводилась  концепция эпигенеза. Выражая стихийно-эмпирическую традицию, эта концепция нацеливала исследователей на наблюдательные и  экспериментальные операции над  процессом образования организма  из бесструктурной, неоформленной изначальной  субстанции. Для сторонников эпигенеза  характерна постоянная нацеленность на опытное изучение эмбриогенеза.

Вместе с тем философские  основания эпигенеза в ходе его  исторического развития не оставались неизменными. Так, ранний эпигенез XVII в., представленный, например, в работах  У. Гарвея, опирался на аристотелизм и  объяснял новообразования в эпигенезе  с телеологических позиций как  следствие “стремления к совершенству”. В XVIII в. усиливается тенденция материалистического  истолкования эмбриогенеза, что становится особенно заметным в трудах К. Вольфа, который пытался переосмыслить  эпигенез в духе материализма и методологических установок физики. К. Вольф трактовал  эпигенез как результат действия двух существенных начал — силы, регулирующей питательные соки, и  способности их затвердевания.

Позиция эпигенеза также была более  перспективной, чем позиция преформизма, в проблеме зарождения жизни. Эпигенетики  отказались от идеи божественного творения живого и сумели подойти к научной  постановке проблемы происхождения  жизни. Уже Вольф сделал недвусмысленный  вывод о принципиальной возможности возникновения органических тел в природе... путем зарождения их из неорганических веществ.

Таким образом, система биологического познания в конце XVIII в. подошла к  рубежу, который требовал перехода на качественно новый уровень  организации средств познания в  связи с проблемами эмбриогенеза и создания естественной системы. Лейтмотивом  нового этапа развития биологии стала  идея эволюции.

4. Отличие живого от неживого

Мир живых существ, включая  человека, представлен биологическими системами различной структурной  организации и разного уровня соподчинения, или согласованности. Из курса ботаники и зоологии известно, что все живые организмы состоят  из клеток. Как бактериальная клетка, так и клетка простейших представляет собой целый организм, способный  выполнять все функции, необходимые  для обеспечения жизнедеятельности. А вот клетки, входящие в состав многоклеточного организма, специализированны, т.е. могут осуществлять только одну какую-либо функцию и не способны самостоятельно существовать вне организма. Элементы организма – клетки, ткани  и органы – в сумме ещё не представляют собой целостный организм. Лишь соединение их в исторически  сложившемся в процессе эволюции порядке, их взаимодействие, образует целостный организм.

Интуитивно мы все понимаем, что  есть живое и что – мертвое. Однако при попытке определить сущность живого возникают трудности. Так, один из авторов предложил следующее  «глубокомысленное» определение: живой  организм – это тело, слагаемое  из живых объектов; неживое тело – слагаемое из неживых объектов⁶.

Но кроме подобных, явно бессодержательных  определений, представляющих собой, по сути, тавтологию, имеют и другие, более содержательные. Однако и они  на поверку оказываются неполными  и потому уязвимыми. Широко известно, например, определение, данное Ф.Энгельсом, что жизнь – это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой. И все же живая мышь и горящая свеча с физико-химической точки зрения находятся в одинаковом состоянии обмена веществ с внешней средой, равно потребляя кислород и выделяя углекислый газ, но в одном случае – в результате дыхания, а в другом – в процессе горения. Этот простой пример показывает, что обмениваться веществами с окружающей средой могут и мертвые объекты. Таким образом, обмен веществ является хотя и необходимым, но недостаточным критерием определения жизни, впрочем, как и наличие белков.

Из всего сказанного можно сделать  вывод, что дать точное определение  жизни весьма непросто. Современная  биология при описании живого идет по пути перечисления основных свойств  живых организмов. При этом подчеркивается, что только совокупность данных свойств  может дать представление о специфике  жизни.

К числу свойств живого обычно относят  следующие: Живые организмы характеризуются  сложной, упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно  выше, чем в неживых системах. Живые организмы получают энергию  из окружающей среды, используя ее на поддержание своей высокой упорядоченности. Большая часть организмов прямо  или косвенно использует солнечную  энергию. Живые организмы активно  реагируют на окружающую среду. Способность  реагировать на внешние раздражения  – универсальное свойство всех живых  существ, как растений, так и животных. Живые организмы не только изменяются, но и усложняются. Все живое размножается. Эта способность к самовоспроизведению, пожалуй, самая поразительная способность  живых организмов. Причем потомство  и похоже, и в то же время чем-то отличается от родителей. В этом проявляется  действие механизмов наследственности и изменчивости, определяющих эволюцию всех видов живой природы. Сходство потомства с родителями обусловлено  ещё одной замечательной особенностью живых организмов – передавать потомкам заложенную в них информацию, необходимую  для жизни, развития и размножения. Эта информация содержится в генах – единицах наследственности, мельчайших внутриклеточных структурах. Генетический материал определяет направление развития организма. Живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни.

Из совокупности этих признаков  вытекает следующее обобщенное определение  сущности живого: жизнь есть форма  существования сложных, открытых систем, способных к самоорганизации  и самовоспроизведению. Важнейшими функциональными веществами этих систем являются белки и нуклеиновые  кислоты⁷.

Учитывая сохраняющуюся дискуссионность  категории жизни, анализ ее признаков  следует дополнить рассмотрением  структуры живого, составляющих его  элементов, частей.

Есть несколько фундаментальных  отличий живого от неживого в вещественном, структурном и функциональном планах. В вещественном плане в состав живого обязательно входят высокоупорядоченные  макромолекулярные органические соединения, называемые биополимерами, - белки и  нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). В структурном плане живое  отличается от неживого клеточным строением. В функциональном плане для живых  тел характерно воспроизводство  самих себя. Устойчивость и воспроизведение  есть и в неживых системах. Но в живых телах имеет место  процесс самовоспроизведения. Также  живые тела отличаются от неживых  наличием обмена веществ, способностью к росту и развитию, активной регуляцией своего состава и функций, способностью к движению, раздражимостью, приспособленностью к среде и т.д. Неотъемлемым свойством  живого является деятельность, активность. «Все живые существа должны или действовать, или погибнуть. Мышь должна находиться в постоянном движении, птица летать, рыба плавать и даже растение должно расти»⁸.

Многогранность  живого. Предбиологические структуры, представляющие собой гигантские органические макромолекулы, являются пределом химической эволюции вещества. Следующий и принципиально иной уровень сложности в организации материи по сравнению с атомарно-молекулярном уровнем – это живая материя, живая природа, Жизнь во всех ее формах является объектом биологии, поэтому, имея в виду все живое, можно говорить о биологическом уровне организации материи.

Живая природа (коротко – жизнь) – это такая форма организации  материи на уровне макромира, которая  резко отличается от других форм сразу  многими признаками. Каждый из этих признаков может служить для  разграничения живой и неживой  природы, а соответственно – основой  для определения, что есть жизнь. Существенными оказываются все  эти признаки. Ни одним из них  нельзя пренебречь.

Прежде всего, любой живой объект является системой – совокупностью  взаимодействующих элементов, которая  обладает свойствами, отсутствующими у элементов, образующих этот объект.

Микроскопичность живого означает, что любой живой организм, начиная  с бактерии, или же его самостоятельно функционирующая подсистема должна содержать большое число атомов. Иначе упорядоченность, необходимая  для жизни, разрушилась бы флуктуациями.

Гетерогенность означает, что организм образован из множества различных  веществ.

Открытость живой системы проявляется  в непрерывном обмене энергией и  веществом с окружающей средой. Самоорганизация  возможна лишь в открытых сильнонеравновесных  системах.

Элементный состав живого определяется главным образом шестью элементами: кислород, углерод, водород, азот, сера, фосфор. Кроме того, живые системы  содержат совокупность сложных биополимеров, которые для неживых систем не характерны (белки, нуклеиновые кислоты, ферменты и др.) Живые системы существуют конечное время. Свойство самовоспроизведения сохраняет биологические виды. Конечность живых систем создает условия их сменяемости и совершенствования.

Свойство всего живого – раздражимость  – проявляется в виде реакции  живой системы на информацию, воздействие  извне.

Живая система обладает дискретностью  – состоит из отдельных (дискретных) элементов, взаимодействующих между  собой. Каждый из них также является живой системой. Наряду с дискретностью  живой системе присуще свойство цельности – все ее элементы функционируют  только благодаря функционированию всей системы в целом.

Рассмотри подробнее критерии, отличающие живые системы от объектов неживой  природы, и основные характеристики процессов жизнедеятельности, выделяющие живое вещество в особую форму  существования материи.

Особенности химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. Элементный состав неживой природы наряду с кислородом представлен в основном кремнием, железом, магнием, алюминием и т.д. В живых организмах 98% химического состава приходится на четыре элемента – углерод, кислород, азот и водород. Однако в живых телах эти элементы участвуют в образовании сложных органических молекул, распространение которых в неживой природе принципиально иное по количеству, как по количеству, так и по существу. Подавляющее большинство органических молекул окружающей среды представляют собой продукты жизнедеятельности организмов.

Метаболизм. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из нее вещества, необходимые для питания, и выделяя продукты жизнедеятельности. В неживой природе также существует обмен веществами, однако при небиологическом круговороте веществ они просто переносятся с одного места на другое или меняется их агрегатное состояние: например смыв почвы, превращение воды в пар или лед.

Живые организмы поглощают из окружающей среды различные вещества. Вследствие целого ряда сложных химических превращений  вещества из окружающей среды уподобляются веществами живого организма и из них строится его тело. Эти процессы называются ассимиляцией, или пластическим обменом. Другая сторона обмена веществ – процессы диссимиляции, в результате которых сложные органические соединения распадаются на простые, при этом утрачивается их сходство с веществами организма и выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза. Поэтому диссимиляцию называют энергетическим обменом.

Единый  принцип структурной организации. Все живые организмы, к какой бы систематической группе они ни относились, имеют клеточное строение.

Репродукция. На организменном уровне самовоспроизведение или репродукция, проявляется в виде бесполого или полового размножения особей. Благодаря репродукции не только целые организмы, но и клетки, органеллы клеток (митохондрии, пластиды и др.) после деления сходны со своими предшественниками.

Наследственность. Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение.

Изменчивость  Это свойство как бы противоположно наследственности, но вместе с тем тесно связано с ней, так как при этом изменяются наследственные задатки – гены, определяющие развитие тех или иных признаков. Изменчивость создает разнообразный материал для естественного отбора, т.е. отбора наиболее приспособленных особей к конкретным условиям существования в природных условиях, что в свою очередь, приводит е появлению новых форм жизни, новых видов организмов.