Предмет и задачи биологии. Уровни организации живых систем.

Тема: Предмет и задачи биологии. Уровни организации живых систем

План.

1. Предмет и задачи биологии.

2. Признаки живых организмов.

3. Уровни организации жизни.

4. Методы исследования живых систем.

5. Связь биологии с другими науками: биохимия, биофизика, бионика, геногеография и др. Современные отрасли биологических знаний.

6. Роль и место биологии в формировании современной научной картины мира.

Информационное обеспечение:

1. Паршутина Л.А. Естествознание. Биология: учеб. для студ. учреждений сред. проф. Образования. М. : Издательство центр «Академия» , 2019. – 352 с.

2. Константинов В.М. , Резанов А.Г., Фадеева Е.О. Биология для профессий и специальностей технического и естественно-научного профилей –М, «Академия», 2017

3. Тейлор Д. Биология : в 3т. Т.З. Н.Грин, У. Стаут; под ред. Р. Сопера; пер. 3-го англ. Изд. – 14-е изд. – М. : Лаборатория знаний, 2022. – 451с.

1. Предмет и задачи биологии

Биология (от греч. bios— жизнь, logos— наука) пред­ставляет собой совокупность наук о живой природе. Пред­метом изучения биологии являются все проявления жиз­ни: строение живых организмов, их распространение, раз­витие, происхождение и связи между собой. Вместе с фи­зикой и химией биология образует систему естественных наук.

К основным методам биологии относятся: наблюде­ние, используемое для описания живой природы; сравне­ние, позволяющее сопоставлять результаты наблюдений для выявления общих закономерностей; эксперимент, при котором исследователь намеренно создает ситуацию, предоставляющую возможность достоверно описывать свойства биологических объектов; исторический метод, с помощью которого изучают процессы развития живой природы.

Задачи общей биологии следующие: изучение общих закономерностей биологических явлений и процессов, характерных для живых организмов, причин их многообразия, выяснение законов возникновения и развития жизни на Земле.

2. Признаки живых организмов.

Биология — наука о жизни. В настоящее время она представляет совокупность наук о живой природе, давая возможность глубоко изучать особенности строения, функ­ционирования, развития каждого живого организма, каж­дой формы проявления жизни, проникать в сущность про­исходящих в них процессов, устанавливать уровень их ор­ганизации, иерархию.

Наука биология. Термин «биология» независимо друг от друга предложили в 1802 г. французский естествои­спытатель Жан Батист Ламарк (1744—1829) и немецкий натуралист Готфрид Рейнхольд Тревиранус (1776—1837) для обозначения науки, исследующей явления окружа­ющей среды.

Определение понятия «жизнь». В науке существуют проблемы, сама постановка которых играет важную роль в процессе познания окружающего мира. Еще в 1880-х го­дах известный немецкий физиолог и философ Эмиль Ген­рих Дюбуа-Реймон (1818—1896), опираясь на предшеству­ющий опыт развития естествознания, сформулировал семь основных проблем, возможность познания которых и тог­да, и теперь представляется далеко не очевидной: ■сущность материи и энергии', ■происхождение движения', ■происхождение жизни', ■целесообразность в природе', ■возникновение ощущений и сознания', ■природа мыслительной деятельности и языка', ■вопрос о свободе воли.

Как мы видим, большинство этих проблем прямо или косвенно связано с явлением природы, которое называет­ся жизнью.

Определение понятия «жизнь» сформулировать нелегко из-за сложности и многообразия процессов, протекающих в живых системах — организмах и их сообществах. Поэто­му на протяжении длительного времени сама возможность строгой научной формулировки такого определения вызы­вала сомнения.

Одно из первых научных определений жизни дал не­мецкий философ Фридрих Энгельс (1820—1895). В книге «Диалектика природы» (1873—1882) он привел ставшее классическим определение: «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».

С открытием нуклеиновых кислот — носителей гене­тической информации, а также механизмов клеточногометаболизма, энергетики и информационных связей био­систем представление о сущности жизни значительно рас­ширилось.

Так, более подробное определение понятия «живые су­щества» принадлежит отечественному ученому Михаилу Владимировичу Волькенштейну (1912 —1992): «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой откры­тые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся систе­мы, построенные из биополимеров — белков и нуклеино­вых кислот».

Живыми системами (биоси­стемами) принято считать объекты различной сложности, представляющие собой совокупность компонентов, связан­ных в единое целое. К таким системам относятся: клетка, организм, популяция, вид, сообщество, биогеоценоз, или экосистема, биосфера.

Живые системы значительно отличаются от систем, существующих в неживой природе. Для того чтобы это понять, рассмотрим их основные свойства (рис. 1.1, табл. 1.1).

Все перечисленные в табл. 1.1 свойства в своей совокуп­ности характерны только для живых организмов.

ТАБЛИЦА 1.1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИВОГО

3. Уровни организации жизни. Живая природа является целостной, но неоднородной системой, которой свойствен­на иерархическая организация.

В живой природе биосфера слагается из биогеоценозов, представленных популяциями (сообществами) организмов разных видов, а тела организмов, в свою очередь, состоят из множества клеток.

Иерархический принцип организации позволяет выделить в живой природе отдельные уровни, что удобно при изучении жизни как сложного природного явления (табл. 1.2). ТАБЛИЦА 1.2. УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО

Окончание табл. 1.2

Всем уровням организации живой природы присущи черты, отличающие ее от неживой материи.

Законы, характерные для более высоких уровней ор­ганизации живого мира, не исключают действия законов, присущих более низким уровням.

1. Методы изучения живой природы.

Методы исследования живых систем очень разнообразны. Каждому уровню орга­низации живой материи соответствует свой набор методов.

Все методы изучения живой природы, которые ученые- биологи используют в своей научной деятельности, можно объединить в две группы:

• эмпирические (практические) — наблюдение, экспери­мент;

• теоретические (логические) — сравнение, обобщение, классификация, абстрагирование и моделирование

Метод наблюдения позволяет регистрировать биоло­гические явления. Для того чтобы выяснить сущность яв­ления, необходимо прежде всего собрать фактический ма­териал и описать его. Например, могут проводиться био­логические наблюдения за ростом и развитием растений, поведением животных в природе. Для наблюдений ученые часто используют специальное оборудование — приборы и инструменты, позволяющие получить точные и надежные результаты, объективные данные о биологических си­стемах и процессах.

Экспериментальный метод связан с целенаправлен­ным созданием ситуации, которая помогает исследователю изучать то или иное явление. Этот метод дает возможность исследовать единичные явления и доби­ваться их повторяемости при воспроизведе­нии тех же условий. Эксперимент в отли­чие от других методов позволяет вскрыть сущность явления.

Сравнительный метод позволя­ет через сопоставления изучать сходство и различия организмов и их частей, уста­навливать сродство изучаемых биологических объектов. На его принципах была основана систематика, создана кле­точная теория и т.д. Применение сравнительного метода в анатомии, палеонтологии, эмбриологии и других науках способствовало утверждению эволюционных представлений в биологии.

Метод абстрагирования играет важную роль в био­логических исследованиях. Его использование дает воз­можность не учитывать ряд существенных для конкретного исследования свойств и признаков биологических систем, однако помогает выделить те свойства и признаки, кото­рые важны. Например, в исследованиях основных направ­лений эволюционного процесса главное внимание уделяет­ся усложнению строения органов и систем органов, кото­рое обеспечивает приспособление организмов к условиям существования. При этом все остальные признаки и свой­ства не учитываются, т.е. происходит абстрагирование (от­влечение) от них и создается единое абстрактное знание об эволюции.

Метод моделирования позволяет изучать какой-либо процесс в целом или его части на модели (математической, компьютерной и др.). С его помощью исследователь выяс­няет, как поведет себя моделируемый биологический про­цесс в тех или иных условиях. Преимущества эксперимен­тов на модели заключаются в том, что можно смоделиро­вать такие условия, которые не могут быть созданы реаль­но. Например, с помощью моделирования можно выяснить развитие экосистем или даже всей биосферы Земли в слу­чае глобальных климатических и техногенных изменений.

Рассмотренные методы изучения живой природы явля­ются общими для многих наук.

Вместе с тем имеются специфические методы биологи­ческих исследований:

• при изучении клетки применяются методы оптической и электронной микроскопии;

• при изучении закономерностей наследственности и из­менчивости — гибридологический и цитогенетический методы;

• получаемая с помощью разных методов научная инфор­мация обрабатывается методами математической ста­тистики.

Методы дают возможность ученым-биологам сделать вы­воды о достоверности научных данных, полученных в ходе исследований.

1. Связь биологии с другими науками: биохимия, биофизика, бионика, геногеография и др.

Современная биология состоит из ряда относительно са­мостоятельных научных дисциплин, их классифицируют по объектам изучения, например: ботаника — наука о рас­тениях, зоология — наука о животных, микробиология — наука о микроорганизмах. Основой каждой из этих дисци­плин является учение о многообразии организмов и законах их классификации — систематика.

Вместе с тем выделились и развиваются следующие об­ласти биологии, изучающие общие свойства живых орга­низмов: закономерности наследования признаков — гене­тика, пути превращения органических молекул — биохи­мия, взаимоотношения популяций с окружающей средой — экология и т. д.

В соответствии с уровнем организации живой материи различают такие научные дисциплины, как молекулярная биология, цитология — учение о клетке, гистология — уче­ние о тканях и т.д.

Достижения биологии последнего времени привели к возникновению принципиально новых направлений в на­уке, ставших самостоятельными разделами в комплексе био­логических дисциплин.

Так, раскрытие молекулярного строения структурных единиц наследственности (генов) послужило для создания генной инженерии — науки, с помощью которой создают организмы с новыми, не встречающимися в природе ком­бинациями наследственных признаков и свойств.

1. Роль и место биологии в формировании современной научной картины мира.

Практическое применение достижений современной биологии уже в настоящее время позволяет получать про­мышленным путем значительное количество биологически активных веществ.

Значение биологии для человека огромно. Общебиологи­ческие закономерности используются при решении самых разных вопросов во многих отраслях народного хозяйства.

Благодаря знанию законов наследственности и изменчи­вости организмов достигнуты большие успехи в сельском хо­зяйстве при создании новых высокопродуктивных пород до­машних животных и сортов культурных растений. Ученые вывели сотни зерновых, бобовых, масличных и других куль­тур, отличающихся от своих предшественников более вы­сокой продуктивностью и другими полезными качествами.

На основе знаний проводится селекция микроорганиз­мов, продуцирующих антибиотики.

В дальнейшем практическое значение биологии еще больше возрастет. Это связано с быстрыми темпами роста населения планеты, а также с постоянно возрастающей чис­ленностью городского населения, непосредственно не уча­ствующего в сельскохозяйственном производстве. В такой ситуации основой увеличения пищевых ресурсов может быть интенсификация сельского хозяйства. Важную роль в этом процессе будут играть выведение новых, высокопро­дуктивных форм микроорганизмов, растений и животных, рациональное, научно обоснованное использование природ­ных богатств.

Биологические знания должны способствовать формиро­ванию биологического мышления и экологической культу­ры у каждого члена общества, без чего дальнейшее разви­тие человеческой цивилизации невозможно.

Современная биология вышла на передовые рубежи сре­ди естественных наук и представляет собой комплекснуюсистему знаний. Надеемся, что изучение биологических си­стем и процессов поможет вам узнать много нового и инте­ресного о живой природе.