Лекция 1. ВВЕДЕНИЕ В БИОЛОГИЮ.
Биология, ее задачи и разделы.
Основные этапы формирования биологии. Методы биологических исследований. Связь биологии с другими науками. Фундаментальные и прикладные направления современной биологии
Лекция 1. ВВЕДЕНИЕ В БИОЛОГИЮ.
Биология, ее задачи и разделы.
Основные этапы формирования биологии. Методы биологических исследований. Связь биологии с другими науками. Фундаментальные и прикладные направления современной биологии
Биология — наука о жизни (живой природе), одна из естественных наук, объектами изучения 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.
Задачи биологии:
- систематизация многообразия живых организмов;
- изучение закономерностей проявления жизни (строения и функций живых организмов и их сообществ, распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и неживой природой);
- раскрытие сущности жизни.
1
Жан Батист Пьер Антуан де Моне Ламарк
Готфрид Рейнхольд Тревиранус
Основные этапы формирования биологии
Многовековую историю биологической науки можно разделить на несколько этапов, которые объединяют в два основных: метафизический
и дарвиновский.
Метафизический этап связан с философским учением, по которому явления и тела природы рассматривались как навсегда данные, неизменные, изолированные и не связанные между собой. Метафизики считали, что виды растений и животных являются продуктом творческого акта и с самого начала организмы уже имели все характерные для них приспособления.
Метафизические представления о природе смыкаются с креационизмом (лат. creatio — сотворение) и теологией (греч. θεός — Бог и греч. λόγος — слово, учение, наука)
В пределах этих двух периодов можно выделить еще несколько этапов в биологии, которые совпадают со сдвигами в социально-экономической структуре общества, практической деятельности людей по освоению природы.
С этих позиций весь длительный путь развития биологии делят на четыре основных эпохи.
Более высокий уровень познания природы связан с применение нового метода исследования. В обосновании проблем эволюции Дарвин широко применял исторический метод и разработал новые подходы к познанию живой природы. Это создало большие возможности для развития биологии во второй половине XIX в. на принципах историзма, эволюционизма.
Эпоха практических донаучных знаний
(от каменного века до XVI в.)
Эпоха возникновения и оформления
основных биологических наук
(с XVI до середины XIX в.)
Эпоха синтеза биологических знаний
(с середины XIX в. до середины XXв.)
Эпоха раскрытия сущности жизненных
процессов
(настоящее и будущее время)
2. Эпоха возникновения и оформления основных биологических наук — с XVI до середины XIX в. Это период аналитического развития биологии, когда появилась профессия натуралиста, ученые начали применять эксперимент и пытались давать биологическое обоснование практики медицины, растениеводства, животноводства.
В это время формируется научная система знаний о живой природе, быстро развиваются ботаника, зоология, систематика, морфология, физиология, эмбриология и другие биологические науки.
Эпоха практических донаучных знаний
(от каменного века до XVI в.)
Эпоха возникновения и оформления
основных биологических наук
(с XVI до середины XIX в.)
Эпоха синтеза биологических знаний
(с середины XIX в. до середины XXв.)
Эпоха раскрытия сущности жизненных
процессов
(настоящее и будущее время)
3. Эпоха синтеза научных биологических знаний (или каузальный период) — с середины XIX до середины XX в. Первым крупнейшим синтезом научных знаний была теория Ч. Дарвина, давшая причинное объяснение исторического развития органического мира.
Эпоха практических донаучных знаний
(от каменного века до XVI в.)
Эпоха возникновения и оформления
основных биологических наук
(с XVI до середины XIX в.)
Эпоха синтеза биологических знаний
(с середины XIX в. до середины XXв.)
Эпоха раскрытия сущности жизненных
процессов
(настоящее и будущее время)
1. Эпоха практических донаучных знаний
Наскальные рисунки, фото в пещере Альтамира
По наскальным и пещерным рисункам и резным изображениям эпохи кроманьонского человека (верхний палеолит: приблизительно 13 тыс. лет до н. э.) можно установить, что уже в то время люди хорошо различали большое число животных, служивших объектом их охоты.
Знания о живой природе в государствах Древнего мира
Вскрывая туши животных для религиозных обрядов и мумифицируя тела фараонов и их приближенных, жрецы стали первыми анатомами.
Вавилонская и египетская наука возникли из потребностей практики, а что касается теоретического мышления египтян и вавилонян, то оно не выходило за рамки мифологии. Вопросы мироздания и окружающего мира объяснялись только жрецами на основе их фантазии, которые легли в основу религиозного знания.
Временные границы существования древнеегипетской культуры, принятые исследователями — с середины IV тысячелетия до н. э. и по IV век н. э. Древний Египет оставил огромное культурное наследие для мировой цивилизации. В числе научных достижений древних египтян было создание оригинальной системы письма, математика, практическая медицина, астрономические наблюдения и возникший на их основе календарь.
Первые государства возникли на территориях, где активно развивалось земледелие.
Гиппократ объяснял неодинаковое течение одной и той же болезни у разных людей различным состоянием «соков тела» в организме человека: крови, слизи, желчи, черной желчи. Смесь этих жидкостей определяет индивидуальное своеобразие каждого организма. В переводе с греческого на латинский слово «смесь» звучит как «temperamentum» (т.о. Гиппократом была создана классификация темпераментов).
Несмотря на огромные заслуги науки Древнего Востока, подлинной родиной науки стала Древняя Греция (история Древней Греции рассматривается с III тысячелетия до н. э. до I века до н. э.). Именно здесь возникла наука, разрабатывающая научные представления о мире, не сводящиеся к сумме практических рецептов.
Систематизация знаний о человеке, растениях, животных в Древней Греции
Для суждения о биологических воззрениях Аристотеля чрезвычайно важен последний из четырех его больших биологических трактатов «О душе». В нем рассматриваются ощущения, воспринимаемые органами чувств, умственная деятельность человека, вопрос о взаимоотношении между душой и телом. По Аристотелю, существуют души трех родов: душа растительная, или питающая, душа чувствующая и, наконец, разум. Растениям свойственна только питающая душа, животным сверх того — чувствующая, человеку кроме двух первых свойствен разум.
Большое место в творчестве Аристотеля занимают вопросы биологии. В биологических трактатах охвачен весь круг знаний того времени об организмах, что дает право считать его основателем биологии как науки.
Биологические трактаты: «История животных», «О частях животных» (рус. пер., 1937), «О возникновении животных» (рус. пер., 1940), «О движении животных», а также трактат «О душе» (рус. пер., 1937). Сочинения о «первой философии», рассматривающее сущее как таковое и получившее впоследствии название «Метафизики» (рус. пер., 1934).
Вот как выглядела «лестница природы» Аристотеля:
1)Человек;
2) Животные;
3) Зоофиты;
4) Растения;
5) Неорганическая материя.
Лестница природы начинается с неорганических тел и через растения идет к прикрепленным животным — губкам и асцидиям, затем к голотуриям и далее к свободно-подвижным морским организмам и животным ведущих наземный образ жизни. Лестница существ Аристотеля является первой идеей об усложнении форм природы, о ступенчатом развитии живых существ.
Теофраст (372-287 до н. э.) - древнегреческий естествоиспытатель и философ, один из первых ботаников древности, ученик и друг Аристотеля. Автор св. 200 трудов по естествознанию (физике, минералогии, физиологии и др.), философии и психологии. Создал классификацию растений, систематизировал накопленные наблюдения по морфологии, географии и медицинскому использованию растений.
Написал две книги о растениях: «Историю растений» и «Причины растений», в которых даются основы классификации и физиологии растений, описано около 500 видов растений. Фронтиспис иллюстрированного издания Historia Plantarum, Амстердам, 1644
Титульный лист сочинения Галена De curandi ratione. Издание 1529 года
Анатомией Галена, основанной на диссекции обезьян и свиней, пользовались до появления в 1543 году труда «О строении человеческого тела» Андреаса Везалия, его теория кровообращения просуществовала до 1628 года, когда Уильям Гарвей опубликовал свой труд «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных», в котором дал описание роли сердца в кровообращении. Им было детально изучена центральная и периферическая нервная система. Одной из крупных ошибок, допущенных им и долго удерживавшейся в науке под влиянием его авторитета, было его убеждение в том, что кровь проходит из одного желудочка сердца в другой через отверстие в перегородке между желудочками.
Биология в средние века
В период раннего средневековья центр научной мысли перемещается из Римской империи в Арабский мир (Арабский халифат). Благодаря арабам сохраняются тексты философов Древней Греции и Рима, они выступают связующим звеном между Западом и Востоком.
В основе их научных знаний прослеживается наследие рационализма европейских ученых и ментальность ученых из Древней Индии и Древнего Китая. В Западной Европе, все науки подчинены религиозной идеологии, познание сводится к откровению и направлено на созерцание природы, так как природа является отображением Высшего закона, которого не возможно понять, а необходимо верить.
После падения Римской империи на Западе полностью прекратилось изучение трудов Галена. Сирийские христиане узнали о трудах Галена в то время, когда Византия правила Сирией и Западной Месопотамией. В седьмом веке эти земли были захвачены мусульманами. После 750 года мусульмане и сирийские христиане перевели работы Галена на арабский язык. С тех пор Гален и вся греческая медицина были ассимилированы в средневековую культуру исламского Ближнего востока.
На данный момент существуют всего два перевода трудов Галена на русский язык. Первый из них — «О назначении человеческого тела» был издан в 1971 году, в 2014г. издана «Гален: врач и философ».
Арабский период. Мусульманские завоевания в 7 и 8 веках поставили под власть халифатов обширные земли юга Европы, Северной Африки и значительной части Азии, возникает арабская цивилизация, которая была многонациональной (персы, сирийцы, испанцы и евреи), единственное, что их объединяло - арабский язык.
Биологические знания в эпоху Возрождения
(нач. XIV — последняя четверть XVI в.)
Это период накопления нового материала в естествознании, разработка новых методов познания.
Одним из первых Леонардо да Винчи предпринял попытку упорядочить анатомические названия. Он дал первую классификацию мышц человеческого тела, взяв за основу их положение и функцию.
Изучая труды Галена, он исправил свыше 200 ошибок античного автора. Трупы ему приходилось тайно добывать на кладбище, так как в то время вскрытие трупа человека было запрещено церковью.
В основу книги легли лекции, которые он читал в Падуе. Эти лекции отличались от принятых в то время тем, что Везалий для иллюстрации своих слов препарировал человеческие трупы. В книге содержится тщательное исследование органов и всего устройства человеческого тела.
Эпоха возникновения и оформления основных биологических наук
Начиная с XVI—XVIII вв. во многих странах открываются университеты, выделяются медицинские факультеты, закладывается фундамент научной анатомии и физиологии. Увеличивается число научных учреждений и обществ, возникают ученые ассоциации, именовавшихся академиями. В это время создаются ботанические сады, перед которыми ставятся как чисто научные задачи, так и задачи, вытекающие из потребностей сельского хозяйства, медицины, промышленности.
Первое здание Московского университета
Здание Московского университета на Моховой
1724 г. - основанием в Российской академии наук. В составе Академии сразу же была утверждена кафедра анатомии и физиологии.
В России начинается процесс формирования системы образовательных и научно-исследовательских центров.
1755 – создание Московского университета, 1798 - Петербургской медико-хирургической академии.
После многочисленных исследований английский ученый Уильям Гарвей (1578—1657) издал книгу «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных» (1628). В нем были приведены доказательства наличия кровообращения, даны описания его большого и малого кругов. Гарвей установил, что сердце является центром кровообращения. Ставя опыты с перерезкой и зажимом сосудов, Гарвей выяснил вопрос о направлении движения крови, о значении клапанов. Эти сосуды были открыты позже, в 1661 г., основателем микроскопической анатомии М. Мальпиги.
Рисунок в книге Уильяма Гарвея «О движении сердца» — это изображение руки, вены и клапаны на которой деформированы после наложения жгута. Наблюдавшиеся Гарвеем разбухание вены ниже и спадение ее выше места пережатия впервые навели его на мысль о том, что вся венозная кровь движется в направлении сердца
Изобретение микроскопа
Микроскоп Левенгука был крайне прост и представлял собой пластинку в центре которой была линза. Несмотря на простоту конструкции она позволяла получить увеличение в несколько раз превышающее микроскопы того времени, что позволило впервые увидеть эритроциты,
бактерии, дрожжи, простейших, сперматозоиды, строение глаз насекомых и мышечных волокон, инфузории и многие их формы. Сохранившиеся до наших дней микроскопы способны увеличивать изображение в 275 раз.
Успехи в этой области связаны с деятельностью двух крупнейших натуралистов — Марчелло Мальпиги и Антони Левенгука.
Антони Левенгук обнаружил красные кровяные тельца, углубил исследование капилляров, изучал микроскопическую анатомию глаза, нервов, зубов. Ему принадлежит открытие в 1677 г. сперматозоидов. Кроме микроскопических исследований человека, Левенгук положил начало изучению простейших. Он открыл инфузорий, саркодовых, бактерий. Все эти формы он объединил под общим названием «анималькули», т.е. зверьки. Он описал не только строение многих из них, но и способы движения и даже размножения
Антони ван Ле́венгук (1632 — 1723) — нидерландский натуралист, конструктор микроскопов, основоположник научной микроскопии
Марче́лло Мальпи́ги (1628 — 1694) — итальянский биолог и врач.
Труды Л. Пастера и И. Мечникова определили появление иммунологии.
Роберт Кох
(1843 — 1910)
Луи Пастер (1822 — 1895)
Французский микробиолог Пастер изучал возможность самозарождения микроорганизмов. Он провёл опыт, доказавший невозможность самозарождения микробов, взяв термически стерилизованную питательную среду и поместив её в открытый сосуд с длинным изогнутым горлышком. Сколько бы сосуд ни стоял на воздухе, никаких признаков жизни в нём не наблюдалось, поскольку содержащиеся в воздухе споры бактерий оседали на изгибах горлышка. Но стоило отломить его или сполоснуть жидкой средой изгибы, как вскоре в среде начинали размножаться микроорганизмы, вышедшие из спор.
Илья Ильич Мечников (1845— 1916)
Обнаружив в явления фагоцитоза, разработал на основе его изучения сравнительную патологию воспаления, а в дальнейшем — фагоцитарную теорию иммунитета
На основе принципа непрерывности Лейбниц дал одну из первых в новой философии формулировок идеи всеобщей связи сущего: «Всё во вселенной находится в такой связи, что настоящее всегда скрывает в своих недрах будущее, и всякое данное состояние объяснимо естественным образом только из непосредственно предшествовавшего ему». Основываясь на этом положении, Лейбниц пришёл к выводу об органическом родстве всех живых существ и о их связи с неорганической природой
Распространение принципа непрерывности на биологические явления привело Лейбница к разработке учения о «лестнице существ», получившей широкое признание в XVIII в.
Классификация растений и животных К. Линнея
Карл Линне́й ( 1707- 1778) шведский естествоиспытатель
(ботаник, зоолог, минералог), автор выдающихся трудов: «Основания ботаники», «Философия ботаники», «Роды растений», «Виды растений», «Система природы» и др., создатель единой системы классификации растительного и животного мира, в которой были обобщены и в значительной степени упорядочены знания всего предыдущего периода развития биологической науки.
Титульный лист первого издания «Системы природы» (1735)
Жан Батист Пьер Антуан де Моне Шевалье Ламарк ( 1744 — 1829) — французский учёный-естествоиспытатель.
Ламарк стал первым биологом, который попытался создать стройную и целостную теорию эволюции живого мира. Отрицал существование видов.
Важным трудом Ламарка стала книга «Философия зоологии», опубликованная в 1809 году.
Маттиас Якоб Шлейден (1804—1881) — немецкий ботаник
Теодор Шванн (1810 — 1882) — немецкий цитолог, гистолог и физиолог, автор клеточной теории
Положения клеточной теории Шлейдена-Шванна:
Все животные и растения состоят из клеток.
Растут и развиваются растения и животные путём возникновения новых клеток.
Клетка является самой маленькой единицей живого, а целый организм — это совокупность клеток.
Х ІХ век ознаменовался рождением трёх величайших теорий – клеточной, эволюционной и теории наследственности.
В 1794 г. Кювье пригласили работать в Париж в только что организованный Музей естественной истории. В Париже он вскоре занял в парижском университете — Сорбонне кафедру анатомии животных. Изучая богатые коллекции музея, Кювье постепенно убедился, что принятая в науке система Линнея не строго соответствует действительности. Линней разделил животный мир на 6 классов: млекопитающие, птицы, гады, рыбы, насекомые и черви.
Кювье пришел к выводу, что в мире животных существуют четыре типа строения тела: членистые, мягкотелые, позвоночные и лучистые.
Для объяснения последовательной смены ископаемых животных Кювье создал теорию «переворотов», или «катастроф», в истории Земли. Он объяснял эти катастрофы так: на сушу надвигалось море и поглощало все живое, затем море отступало, морское дно становилось сушей, которая и заселялась новыми животными. От куда они брались? Кювье не мог на это дать правильный ответ.
Теория «катастроф» еще долго господствовала в науке, и только эволюционное учение Дарвина окончательно опровергло ее.
Эпоха синтеза научных биологических знаний
Предпосылки возникновения теории Ч. Дарвина:
- наблюдения постепенности изменений животного мира, наличие ископаемых гигантских броненосцев;
- анализ истории выведения пород голубей, собак, сортов культурных растений (искусственный отбор).
Вояж корабля «Бигль» (1831-1836)
Наблюдение Дарвина: все живое производит потомства гораздо больше, чем может выжить
(чем позволяют ресурсы)
борьба за существование
Выведение пород домашних животных – МОДЕЛЬ эволюции
«Происхождение видов» начинается с разбора в первой главе потрясающей изменчивости, вскрытой при одомашнивании диких видов,
и во второй главе – с описания изменчивости видов в дикой природе (всего в книге 15 глав)
1865 г. Грегор Мендель в книге «Опыты над растительными гибридами» изложил результаты изучения гибридных сортов гороха (эти исследования были начаты им в 50-х гг.) и открытые им основные закономерности наследственности (законы Менделя).
Современный дарвинизм
19 век,
вторая половина
30-40-е годы 20 в.
Джу́лиан Со́релл Ха́ксли (1887—1975) — английский биолог, эволюционист и гуманист, политик. Один из создателей синтетической теории эволюции.
Синтетическая теория эволюции (СТЭ) — современная эволюционная теория, которая является синтезом различных дисциплин, прежде всего, генетики и дарвинизма. СТЭ также опирается на палеонтологию, систематику, молекулярную биологию и другие.
Важной предпосылкой для возникновения новой теории эволюции явилась книга английского генетика, математика и биохимика Дж. Б. С. Холдейна-младшего, издавшего её в 1932 году под названием «The causes of evolution». Холдейн, создавая генетику индивидуального развития, сразу же включил новую науку в решение проблем макроэволюции.
Ива́н Петро́вич Па́влов (1849—1936)
Понятие «ВНД» И. П. Павлов ввел вместо существовавшего ранее понятия «психическая деятельность», что способствовало изучению психической деятельности с помощью объективного метода, т.е. условных рефлексов, открытых им.
И.П.Павлов определил предметом физиологии ВНД исследование высших (психических) форм деятельности мозга. Основная задача физиологии ВНД — объективное изучение материального субстрата психической деятельности.
Иван Михайлович Сеченов
(1829 – 1905)
В 1863 г. опубликовал книгу «Рефлексы головного мозга», где приводил убедительные доказательства рефлекторной природы психической деятельности.
В структуре биосферы Вернадский выделял семь видов вещества:живое; биогенное (возникшее из живого или подвергшееся переработке); косное (абиотическое, образованное вне жизни); биокосное (возникшее на стыке живого и неживого; к биокосному, по Вернадскому, относится почва); вещество в стадии радиоактивного распада; рассеянные атомы; вещество космического происхождения.
Важным этапом необратимой эволюции биосферы Вернадский считал её переход в стадию ноосферы.
Основные предпосылки возникновения ноосферы:
расселение Homo sapiens по всей поверхности планеты и его победа в соревновании с другими биологическими видами; развитие всепланетных систем связи, создание единой для человечества информационной системы; открытие таких новых источников энергии, как атомная, после чего деятельность человека становится важной геологической силой; победа демократий и доступ к управлению широких народных масс; всё более широкое вовлечение людей в занятия наукой, что также делает человечество геологической силой.
Джеймс Уотсон и Френсис Крик.
В 1953 г. Крик и Уотсон построили двойную спираль ДНК и их статья была опубликована в номере журнале Nature от 10 апреля. В том же номере журнала опубликованы две статьи Р.Франклин с соавторами, содержащие рентгенограммы, без которых невозможно было бы расшифровать структуру ДНК.
Биология тесно связана с другими естественными науками. Так, на стыке между биологией и химией появились биохимия и молекулярная биология, между биологией и физикой – биофизика, между биологией и астрономией – космическая биология. Экология, находящаяся на стыке биологии и географии, в настоящее время часто рассматривается как самостоятельная наука.
Методы биологических исследований.
Методы биологических исследований.
Наблюдение — это целенаправленное и планомерное восприятие явлений, результаты которого фиксируются наблюдателем.
Этот метод является основой систематики. Благодаря ему открыто крупнейшее обобщение и создана клеточная теория.
Этот метод изучает закономерности появления организмов, их развития, становления структуры и функций живих организмов. Ч. Дарвин стал основоположником и главным пользователем этого метода.
Экспериме́нт (от лат.experimentum — проба, опыт), также о́пыт, в научном методе — метод исследования некоторого явления в управляемых наблюдателем условиях. Отличается от наблюдения активным взаимодействием с изучаемым объектом. Обычно эксперимент проводится в рамках научного исследования и служит для проверки гипотезы, установления причинных связей между феноменами.
Модель - это упрощённая копия объекта, явления или процесса, заменяющая их в определённых аспектах
7. Математические методы
Включают сравнение и группировку объектов; различение и разделение групп; определение места объекта (группы) в ранее описанной системе (идентификация);
взаимосвязи и зависимости и т.д.
8. Теоретический (системный метод). С учетом иерархичности живых систем каждый объект может рассматриваться одновременно как система и как элемент системы более высокого порядка.
ГЕОГРАФИЯ И ЭКОЛОГИЯ
Географическое и экологическое тесно взаимосвязаны. С одной стороны, это объясняется тем, что географические знания способствовали возникновению и формированию биологической экологии как науки. С другой стороны, решение современных экологических проблем, как правило, требует обращения к географической науке, которая дает не только конкретные знания об отдельных географических процессах и явлениях, но и комплексное видение природной и социальной среды.
Связь биологии с другими науками
Биология принадлежит к комплексу естественных наук, то есть наук о природе, и тесно связана с другими науками: фундаментальными (математикой, физикой, химией);естественными (геологией, географией, почвоведением); общественными (психологией, социологией); прикладными (биотехнологией, бионикой, растениеводством, охраной природы).
Эмблема бионики — скальпель и паяльник, перевитые интегралом
В области бионического решения инженерных задач важным направлением является проблема роботов (промышленных, космических, подводных, копирующих действия человека и приводящихся в действие с помощью автоматизированных систем управления).
Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц: орнитоптер.
Эдвард Фрост (Кембриджшир, Англия) в 1902 году сконструировал орнитоптер из ивы, шёлка и перьев
Клемент Адер (1841-1925) — французский инженер, известен главным образом своими работами в области авиации
Чертежи Эола Клемента Адера
Он был похож на огромную летучую мышь из полотна и древесины, его размах крыла составил 16-ярдов (1 ярд=0.9144 м), аппарат был оборудован двумя толкающими пропеллерами с четырьмя лопастями, каждый из них был оснащён паровым двигателем мощностью 30 л.с.
Архитектурно-строительная бионика – новое направление в науке и практике архитектуры. Пример архитектурной бионики — аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений.
Бионические аналогии в архитектуре: раковина моллюска и ресторан «Бермет» в г. Фрунзе
Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:
Email: Нажмите что бы посмотреть