Введение в биологию. Структура и уровни биологического познания

Биология - наука о живом, его строении, формах активности, сообществах живых организмов, их развитии, связях друг с другом и с неживой природой.

Одним из основателей биологии был выдающий греческий философ и ученый Аристотель, впервые подробно описавший многие виды животных и высказавший мысль, что существующие растения и животные есть результат развития от простых форм к более сложным и совершенным.

Самостоятельной наукой биология стала лишь в XVIII— XIX веке. В процессе ее становления обычно выделяют три основных этапа: традиционный (систематический) (К. Линней), эволюционный (Ч. Дарвин), молекулярно-генетический (Г. Мендель).

В XVI-XVII вв. происходит накопление эмпирических знаний о живых организмах и становление биологии как описательной науки. В это время развивались в основном прикладные сферы биологии – медицина, цветоводство, садоводство, животноводство. Накопленный эмпирический материал нужно было систематизировать. Так, К.Линней в XVIII создал первую классификацию организмов, в которую входили 4 тыс. видов растений и 10 тыс. видов животных. (в настоящее время описано около 1,2 млн. видов животных, 0,5 млн. видов растений, сотни тысяч видов грибов, около 3 тыс. видов бактерий).

Для объяснения многообразия живых организмов были выдвинуты концепции, которые создали предпосылки для формирования эволюционной теории Ч.Дарвина. В 1809 году в своей книге «Философия зоологии» Ж.Б.Ламарк утверждал, что изменение биологических видов происходит благодаря прямому влиянию среды и приспособлению к ней живых организмов. Приспособление осуществляется путем изменения органов тела в результате тренировки. Именно тренировку Ж.Б.Ламарк называл основным фактором эволюции.

Противником теории эволюции был Ж.Кювье, который в начале XIX века выдвинул концепцию катастрофических изменений и отстаивал в науке представление о неизменности видов. Он утверждал, что на Земле время от времени происходили глобальные катаклизмы, приводившие к вымиранию одних видов и появлению других. Появляющиеся после катастрофы виды были более прогрессивны, однако не имели никакого отношения к уничтоженным, поэтому преемственности видов нет. Для объяснения прогрессивности развития живого сторонники теории катастрофических изменений обращались к идее творящей нематериальной силы, которая организует материю после катастрофы.

В 1859 г Ч.Дарвин опубликовал труд «Происхождение видов путем естественного отбора», в котором изложил свою концепцию эволюции живой природы. Основу эволюционной теории Ч.Дарвина составляют три принципа: наследственность и изменчивость, борьба за существование, естественный отбор.

Значительным достижением классической биологии стало создание в середине XIX века Т.Шванном теории клеточного строения живых организмов. Эта теория стала убедительным аргументом в пользу идеи единства происхождения жизни и стала основой изучения живого на молекулярно-генетическом уровне.

В XX в. биологическое знание приобрело объяснительный характер, в котором используются генетический и системно-структурный подходы. В рамках генетического подхода рассматриваются вопросы происхождения и эволюции живой материи, причины, механизмы и особенности биогенеза. В рамках системно-структурного изучаются различные уровни организации живого, принципы их функционирования, особенности взаимосвязей.

В настоящее время биология представляет собой целый комплекс наук о живой природе. Структуру биологии можно рассматривать с разных точек зрения.

По объектам исследования биология подразделяется на вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию, антропологию.

По изучаемым свойствам живого в биологической науке выделяются: морфология — наука о строении живых организмов; молекулярная биология, изучающая микроструктуру живых тканей и клеток; экология, рассматривающая образ жизни растений и животных в их взаимосвязи с окружающей средой; генетика, исследующая законы наследственности и изменчивости.

По уровню организации исследуемых живых объектов выделяются: анатомия, изучающая макроскопическое строение животных; гистология, изучающая строение отдельных тканей; цитология, исследующая строение живых клеток; бактериология и вирусология, изучающие соответствующие живые организмы; молекулярная биология, исследующая живые организмы не только на молекулярном, но и на более глубоком, атомарном уровне.

Многоплановость биологии обусловлена чрезвычайным многообразием живого мира, однако все живое на земле представляет собой целостную систему, состоящую из различных уровней. Выделяют четыре основных уровня организации живой материи:

· молекулярно-генетический;

· онтогенетический;

· популяционно-видовой;

· биогеоценотический.

Единицей молекулярно-генетического уровня выступает ген – структурный участок ДНК, несущий наследственную информацию, передаваемую от поколения к поколению, а элементарным явлением уровня является воспроизводство генетических кодов по принципу копирования на матрице.

Единицей онтогенетического уровня выступает особь, а элементарным явлением – онтогенез. Онтогенез – процесс индивидуального развития организма от рождения до смерти через последовательные морфологические, физиологические и биологические изменения. Во время этого процесса происходит реализация наследственной информации организма. Индивид повторяет в онтогенезе самые важные изменения, через которые прошли его предки в ходе длительного палеонтологического развития (филогенеза). Филогенез – процесс развития вида, к которому принадлежит данный организм.

Единица популяционно-видового уровня – популяция, а элементарное явление – направленное изменение ее генетического состава. Популяция – это совокупность особей одного вида, относительно изолированная от других групп этого же вида, занимающая определенную территорию, воспроизводящая себя на протяжении длительного времени и обладающая общим генетическим фондом. Популяции способны к самостоятельному эволюционному развитию, их рассматривают в качестве «атомов» эволюционного процесса видов.

Единицей биогеоценотического уровня является биогеоценоз (экосистема). Элементарное явление этого уровня – переходы экосистем из одного состояния динамического равновесия в другое. Экосистема (биогеоценоз) – сложная динамическая система, представляющая собой совокупность живых организмов и среды их обитания, связанных между собой обменов веществ, энергии и информации.

5.2 Сущность и определения жизни, отличительные признаки живого

В классической биологии существовали две позиции, объяснявшие сущность живого – редукционизм и витализм. Сторонники редукционизма считали, что все процессы в живом можно свести к совокупности определенных химических реакций. Сторонники витализма объясняют специфику живого присутствием особой жизненной силы.

Живое от неживого можно отличить по трем направлениям: веществу (в живом — органические биополимерные молекулы), структуре (живой организм состоит из живых клеток) и функциональным признакам (живое воспроизводит себя).

Современная биология выделяет следующие необходимые и существенные признакиживых организмов, которые отличают их от неживых объектов.

· Живые организмы характеризуются сложным высокоупорядоченным строением и системной организацией, которые значительно выше, чем в неживых объектах.

· Живым организмам для поддержания и усиления своей высокой упорядоченности необходимо получать энергию из окружающей среды. Они непосредственно или косвенно поглощают энергию Солнца.

· Живые организмы способны реагировать на внешние раздражители, в том числе и на получение информации.

· Живые организмы обладают способностью двигаться и проявлять активность при взаимодействии с окружающей средой.

· В процессе самоорганизации живые организмы развиваются, изменяются и усложняются.

· Все живое не только размножается, но и имеет способность к избыточному воспроизводству. Этот признак создает условие для действия механизмов изменчивости и наследственности, определяющих эволюцию видов живой природы.

· Все живое отличается многообразием форм, сложностью химического состава и динамикой протекающих в живом организме процессов.

· Живые организмы способны получать, сохранять и передавать информацию. Эта информация определяет направление развития организма.

· Живые организмы способны хорошо приспосабливаться к окружающей среде обитания и соответствуют своему образу жизни.

· Высшим формам живых организмов присущ Разум, который и позволяет материи познавать самое себя.

Отдельные из перечисленных свойств могут встречаться и в неживой природе, но только в совокупности эти свойства присущи именно живому и в своем единстве являются критериями отличия живого от неживого. Обобщая все изложенное, можно свести отличительные признаки живого к трем главным:

· наличие обмена веществ (метаболизм);

· способность к передаче наследственной информации и самовоспроизведению;

· изменчивость, приспособляемость к среде.

Существуют переходные формы, которые объединяют в себе свойства живого и неживого, например, вирусы. С одной стороны, они состоят из белков и нуклеиновых кислот и способны к самовоспроизводству, но с другой стороны, вне чужого организма или клетки они не имеют собственного обмена веществ, не реагируют на раздражители, не способны к росту и размножению.

В науке до сих пор нет однозначного ответа на этот вопрос: «Что такое жизнь?» Приведем классическое определение жизни, сформулированное Ф. Энгельсом: "Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ, с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка". Исходя из перечисленных свойств живого, можно сформулировать современное определение жизни. Жизнь — есть форма существования высокоорганизованных неравновесных, открытых систем, в структуре которых решающую роль играют белки и нуклеотиды; эти системы способны к обмену веществ (саморегуляции), самовоспроизведению путем передачи наследственной информации и изменчивости на основе мутаций (самоорганизации).