Общие сведения

Уровни биологической организации

Биология представляет собой огромную совокупность множества фактов и теорий относительно живых организмов. Для того чтобы как-то упорядочить этот необозримый материал, обычно принято отделять изучение растений (ботаника) от изучения животных (зоология) или рассмотрение структуры организма (морфология или анатомия) от исследования его функций (физиология). Но так как у растений и животных, несмотря на все различия между ними, есть очень много общего и так как трудно, а иногда и невозможно отделить строение от функции, рассматривая функцию какого-нибудь органа без описания его структуры, то лучше, пожалуй, подразделять биологию в соответствии с различными уровнями организации живого.

Первые биологи занимались изучением целых организмов - целых растений и животных, так как организм представлялся им основной единицей жизни и биологической активности. Этот аспект биологии, который мы могли бы назвать организменной биологией, несомненно, и сейчас остается важной стороной биологических исследований и обычно служит вводной ступенью к освоению других уровней биологии.

Изобретение микроскопа и применение его в начале XVII века для исследования живых существ подготовило почву для появления клеточной теории, которая была выдвинута в 1838 г. Шлейденом и Шванном. В течение последующего столетия усовершенствование оптики микроскопа и разработка улучшенных методов фиксации тканей, приготовления срезов и их окрашивания создали условия для быстрого развития области, получившей название цитологии. Клетка представляет собой основную единицу структуры и функции живого.

Усовершенствование электронного микроскопа, который был изобретен в 1938 году, и разработка соответствующих методов фиксации тканей и получения ультратонких срезов привели к открытию совершенно нового уровня - уровня субклеточной организации. Электронная микроскопия вместе с рентгено-структурным анализом и поляризационной микроскопией позволила получить более ясное представление о форме молекул, из которых построены живые организмы, об ориентации этих молекул и объединении их в более крупные структурные элементы, например мембраны. Быстрое развитие химических и физических методов, позволяющих определять последовательность аминокислот в белках и нуклеотидов в РНК и ДНК, создало предпосылки для расшифровки генетического кода и процессов синтеза специфических белков. Постепенное познание этих аспектов жизни, составляющих область молекулярной биологии, ведет к выяснению природы тех преобразований веществ и энергии, которые характерны для жизненных явлений.

Высший уровень организации биологических систем - это уровень популяций и их взаимоотношений с окружающей средой, физической и биологической. Мы еще только начинаем понимать те многообразные формы, в которых проявляется взаимодействие популяций живых организмов между собой и с физической средой их обитания. Различного рода растения и животные не просто разбросаны по поверхности Земли, а объединены во взаимозависимые сообщества, в состав которых входят производители, потребители и разрушители органического вещества, а также некоторые неживые компоненты среды. Почему сообщества состоят именно из таких, а не каких-либо других организмов, как они взаимодействуют друг с другом и как человек может управлять ими с пользой для себя - таковы важнейшие проблемы в этой области, называемой экологией.

Ваша оценка: Нет Средняя: 2.5 (31 голос)

Биологические науки

Обычное определение биологии как «науки о жизни» имеет для нас смысл лишь в том случае, если мы имеем известное представление о том, что такое жизнь и что такое наука. Жизнь не поддается простому определению; ее характерные черты - рост, движение, обмен веществ, размножение и приспособление. Биология занимается изучением бесчисленных форм живых организмов, их строения, функций, эволюции, индивидуального развития и взаимоотношений с окружающей средой. Она стала слишком обширной наукой, чтобы ее мог охватить один исследователь или чтобы можно было с достаточной полнотой изложить ее в одном учебнике; большинство биологов - специалисты в какой-либо одной из биологических наук. Ботаника и зоология изучают типы организмов и их взаимоотношения соответственно в растительном и животном царствах. Анатомия, физиология и эмбриология занимаются изучением строения, функций и развития организма; эти науки можно подразделить дальше в зависимости от изучаемых объектов, например выделить физиологию животных, физиологию млекопитающих, физиологию человека. Паразитология изучает организмы, живущие в других организмах и существующие за их счет; цитология исследует строение, химический состав и функции клеток, а гистология занимается свойствами тканей. Генетика интересуется способом передачи признаков от одного поколения к другому; это тесно связано с изучением эволюции, которое ставит своей целью выяснить, как возникают новые виды и каким образом современные формы произошли от существовавших ранее. Наука о классификации растений и животных и об их эволюционном родстве известна под названием систематики или таксономии. Одна из самых молодых биологических наук - это экология, изучающая взаимоотношения той или иной группы организмов с окружающей средой; к последней относятся как физические факторы, так и другие живые организмы, служащие изучаемому объекту убежищем или пищей, конкурирующие с ним или охотящиеся за ним.

Ваша оценка: Нет Средняя: 3.2 (130 votes)

Источники научных данных

Вы можете спросить, каким образом стали известны все те биологические факты, которые описаны на этом сайте, и откуда мы знаем, что они достоверны. Первоисточником любых сведений служит, конечно, тщательно проверенное наблюдение или экспериментальное исследование.

Прежде некоторые ученые не стремились публиковать открытия, но теперь установилась прочная традиция, согласно которой каждое научное открытие является общим достоянием и должно быть опубликовано. В научной статье не достаточно констатировать открытие того или иного факта; автор должен привести все подробности, имевшие значение при установлении им этого факта, с тем чтобы другие могли подтвердить его данные.

Именно этот критерий воспроизводимости позволяет нам принять наблюдение или эксперимент в качестве доказательства истинности факта; наблюдения, которые не могут быть повторены компетентными исследователями, отвергаются.

Сделав открытие, биолог пишет сообщение - так называемую «статью», в которой он описывает свои методы достаточно детально для того, чтобы другой исследователь мог их воспроизвести, приводит результаты своих наблюдений, обсуждает выводы, следующие из этих наблюдений, иногда формулирует объясняющую их теорию и, наконец, указывает место новых фактов в системе современных научных знаний. Биолог знает, что его коллеги подвергнут его открытие строгой проверке, и это служит стимулом для тщательного повторения наблюдений или экспериментов перед их опубликованием. Затем он направляет свою статью в один из специальных журналов соответствующего профиля (считается, что во всем мире издается больше 7500 журналов по различным разделам биологии!), где ее прочитывает один или несколько членов редакционной коллегии, сведущих в данной области науки. Если статью одобряют, она публикуется и тем самым «входит в литературу» по данному вопросу.

Раньше, когда журналов было меньше, один человек, может быть, и был в состоянии читать их ежемесячно по мере выхода в свет очередного номера, но теперь это явно невозможно. В этом затруднительном положении биолога выручают такие журналы, как, например, „Biological Abstracts", которые помещают краткие изложения, или рефераты, всех опубликованных статей, группируя их по областям науки или проблемам; в реферате приводятся результаты исследования и дается ссылка на журнал, в котором опубликована оригинальная работа. Еще более краткие сведения дает журнал «Current Contents», который просто публикует перечни научных статей, появляющихся в нескольких сотнях журналов, с указанием авторов, названия журнала, тома и страницы.

Существует довольно много журналов, публикующих исключительно обзоры новых достижений в соответствующих областях науки; таковы, например, «Physiological Review», «The Botanical Review», «Quarterly Review of Biology», «Annual Review of Physiology» и «Nutrition Reviews». Таким образом, новый факт или новая теория получают широкую известность благодаря публикации в специальном журнале и упоминанию в реферативных и обзорных журналах, а в конечном итоге могут войти в учебники, где им уделят несколько строк.

Еще одним средством распространения новых знаний служат годичные собрания обществ ботаников, генетиков, физиологов и других специалистов, где докладывают и обсуждают научные работы. Время от времени происходят национальные и международные конференции, называемые симпозиумами, на которых специалисты в той или другой области обсуждают новейшие открытия и современное состояние данной области. Материалы таких симпозиумов обычно издаются в виде книг.

Ваша оценка: Нет Средняя: 3.6 (7 votes)

Краткий исторический очерк

Интерес к растениям и животным, вероятно, возник у наших предков еще до того, как появился Homo sapiens: обезьянолюди и человекообезьяны - наши предшественники в эволюции, — без сомнения, очень рано познали ряд практических сведений; например, какие растения пригодны в пищу, какие животные опасны, а на каких можно охотиться ради их мяса или меха, где встречаются эти растения и животные и т. д. Некоторые представления доисторического человека о современных ему животных дошли до нас в виде наскальных изображений на стенах пещер.

Древние цивилизации Китая, Месопотамии и Египта накопили множество сведений о растениях и животных и одомашнили крупный рогатый скот, овец, свиней, кошек, гусей и уток. Греческие философы, жившие в VI и V веках до н. э. - Анаксимандр, Ксенофан, Эмпедокл и другие, - выдвигали различные умозрительные теории о происхождении растений и животных. Аристотель (384 - 322 годы до н. э.), один из величайших греческих философов, писал о многих вещах, и в некоторых его сочинениях рассматривались биологические проблемы. Его «Historia animalium» содержит много разнообразных сведений о животном мире Греции и близких к ней областей Малой Азии. Сделанные им описания животных вполне удовлетворительны, и в них нетрудно узнать ряд современных видов. Широта и глубина биологических интересов Аристотеля поразительны: например, он тщательно изучил развитие цыпленка, размножение акул и пчел; он развил теорию, согласно которой растения и животные, постепенно изменяясь, поднимались вверх по «лестнице природы», побуждаемые внутренним стремлением к более сложной и более совершенной организации. Вклад Аристотеля в логику, например разработка системы индуктивного перехода от частных фактов к обобщению, объясняющему все эти факты, имел неоценимое значение для всех областей науки.

Греческий врач Гален (131 - 201 годы н. э.) одним из первых начал экспериментировать на животных и производить вскрытия. Будучи первым физиологом-экспериментатором, он сделал ряд важных открытий, касающихся функций головного мозга и нервов, и доказал, что артерии содержат кровь, а не воздух. В вопросах анатомии человека он оставался непререкаемым авторитетом на протяжении примерно тринадцати веков, хотя в его описаниях имеются довольно существенные ошибки: дело в том, что Гален вскрывал свиней и обезьян, а не трупы людей. Плиний (23 - 79 годы н. э.) составил энциклопедическую компиляцию (37 томов!), содержавшую сведения о всевозможных животных и местах их обитания; это была удивительная смесь реальных фактов и вымыслов.

Переход к эпохе Возрождения в науке начинался медленно и был возвещен трудами таких ученых, как Роджер Бэкон (1214 - 1294) и Альберт Великий (1206 - 1280), которых интересовали все области естественных наук и философия. Гениальный Леонардо да Винчи (1452 = 1519) был не только живописцем, инженером и изобретателем, но также анатомом и физиологом. Некоторые из его многочисленных оригинальных наблюдений из области биологии стали известны лишь намного позже, когда были расшифрованы записи в его тетрадях.

Андрей Везалий (1514 - 1564) — бельгиец, который был профессором Падуанского университета в Италии, - вскрывал человеческие трупы и делал четкие зарисовки того, что он видел; при этом он обнаружил много неточностей в анатомических описаниях Галена. В 1543 году он опубликовал свои наблюдения и рисунки в книге «De Humani corporis fabrica» и таким образом заложил основы современной анатомии. Везалий подчеркивал, что следует опираться не на авторитет Галена, а на тщательные оригинальные наблюдения; этим он навлек на себя критику и в конце концов был вынужден покинуть должность профессора.

Большой вклад в понимание процессов кровообращения внес английский врач Уильям Гарвей (1578 - 1657), получивший медицинское образование в Падуанском университете, где ранее преподавал Везалий. В 1628 году Гарвей опубликовал свой трактат «Exercitatio anatomica de motu cordis et sanguinis in animalibus». Раньше врачи безоговорочно принимали теорию Галена о том, что кровь образуется в печени из пищи и поступает в органы тела, где полностью используется. Полагали, что в сердце нет мышечной ткани и что оно лишь пассивно расширяется под действием втекающей в него крови. Гарвей, основываясь на прямых наблюдениях, описал, каким образом сначала предсердия, а затем желудочки наполняются кровью и выталкивают ее сокращением своих мышечных стенок. Он экспериментально показал, что кровь вытекает из перерезанной артерии толчками, ритм которых соответствует ударам сердца, и что если пережать вену, то по одну сторону от места наложения лигатуры (дальше от сердца) она наполняется кровью, а по другую (ближе к сердцу) запустевает, так как кровь уходит из нее. Он установил, что в венах есть клапаны, позволяющие крови течь по направлению к сердцу, но не в обратном направлении. На основании этих наблюдений Гарвей высказал предположение, что кровь оттекает от сердца по артериям и возвращается к нему по венам. Определив объем крови, выталкиваемой из сердца при каждом ударе, и число этих ударов в минуту, он смог вычислить общий объем крови, проходящей ежеминутно через сердце. Объем этот оказался настолько большим, что кровь явно не могла бы всякий раз образовываться в печени заново; ясно было, что она используется многократно, вновь и вновь проходя один и тот же путь. Эти рассуждения были первыми количественными соображениями в физиологии. Гарвей заключил, что артерии соединены с венами очень тонкими сосудами, замыкающими круг кровообращения, хотя он не мог их видеть. В более поздний период своей жизни Гарвей тщательно изучил развитие цыпленка, опубликовал свои результаты и высказал предположение, что млекопитающие, подобно курам, также развиваются из яйца.

Когда Янсенс в 1590 году и Галилей в 1610 году сконструировали микроскоп, открылись возможности для изучения многих биологических проблем нового типа. Одними из первых использовали микроскоп Роберт Гук (1635 - 1703), Марчелло Мальпиги (1628 - 1694). Антони ван Левенгук (1632 - 1723) и Ян Сваммердам (1637 - 1680), которые исследовали строение растительных и животных тканей. При помощи микроскопа с увеличением примерно в 30 раз Гук обнаружил «клетки» на срезе пробки. Левенгук, пользуясь линзами дававшими увеличение в 270 раз, описал сперматозоиды человека, бактерии, простейших и ядра в клетках крови. Мальпиги удалось увидеть капилляры, соединяющие артерии с венами. Эти наблюдения над клетками не сопровождались какими-либо существенными успехами в теоретическом отношении до тех пор. пока в начале XIX века не была сформулирована клеточная теория. В XIX веке биология клетки быстро развивалась; этому способствовали крупные достижения в создании линз для микроскопов. Броун в 1833 году описал ядро растительной клетки, а Шлейден и Шванн в 1839 году, - ядрышко. Новой ступенью в развитии клеточной теории явилось знаменитое положение Вирхова (1855): «Все клетки возникают только в результате деления существовавших ранее клеток». В 1880 году Флеминг описал хромосомы и последовательность событий при митозе, а в 90-х годах XIX века были выяснены и более сложные явления, происходящие в клеточном ядре во время мейоза.

Джон Рэй (1627 - 1705) и Карл Линней (1707 — 1778) создали систему классификации растений и животных и ввели биноминальную номенклатуру (с использованием двух наименований - родового и видового), которая позволила дать каждой форме животных и растений определенное научное название. Такую номенклатуру впервые последовательно применил Линней в 10-м издании своей «Системы природы» (1758).

Карл Эрнст фон Бэр опубликовал в 1828 году свои «Исследования о развитии животных», в которых суммировал все, что открыли в этой области Фабрициус (профессор анатомии в Падуе, учитель Гарвея), Гарвей, Мальпиги и Каспар Вольф. В этой книге Бэр сформулировал обобщение, известное теперь как закон Бэра, согласно которому особенности, общие для всех представителей какой-либо группы животных, появляются в процессе развития зародыша раньше, чем более специфические признаки, отличающие членов этой группы друг от друга. Например, анатомические структуры, характерные для всех позвоночных (головной и спинной мозг, осевой скелет, дуги аорты и сегментарная мускулатура), появляются на более ранних стадиях, чем образования, свойственные лишь отдельным классам позвоночных (конечности у четвероногих животных, перья у птиц и волосяной покров у млекопитающих). В последнюю очередь формируются особенности, характерные для отдельных семейств, родов и видов. На ранних стадиях развития строение зародышей очень сходно у всех представителей любой обширной группы (типа) животных.

Закон Бэра был сформулирован задолго до того, как Дарвин представил убедительные доводы в пользу теории эволюции; впоследствии Мюллер и Геккель по-новому истолковали его в свете эволюционного учения. Геккель назвал его биогенетическим законом, кратко выразив его сущность словами «онтогенез повторяет филогенез». Организмы в процессе индивидуального развития обнаруживают тенденцию вновь проходить ту же самую последовательность стадий, которую они прошли в ходе своей эволюции. Это «повторение» часто бывает сильно сокращено и видоизменено, и многие этапы эволюционного развития полностью выпадают из последовательности индивидуального (онтогенетического) развития. При этом у зародыша наблюдаются не те признаки, которыми предковые формы обладали во взрослом состоянии, а определенные черты зародышей этих форм. Биогенетический закон полезен в том отношении, что он позволяет объяснить такие на первый взгляд непонятные особенности развития, как появление жаберных щелей и мезонефрических канальцев у зародышей высших позвоночных. Бэр создал также теорию зародышевых листков и подчеркивал необходимость сравнительного изучения процессов развития у различных животных.

Как только биологи описали последовательность событий, происходящих в процессе развития любого организма, и обнаружили их поразительную упорядоченность, естественно возник вопрос: какие силы направляют все эти события таким образом, что из единственной клетки - оплодотворенного яйца - получается взрослая форма со всей ее сложнейшей организацией? В XVII и XVIII веках в качестве объяснения процессов развития широким признанием пользовалась теория преформации. По существу, эта теория не объясняла развитие, а отрицала его, ибо в ней предполагалось, что яйцо (или сперматозоид) содержит все существенные структуры взрослого организма, а развитие сводится к «развертыванию» уже сформированных зачатков. Если вскрыть куколку бабочки, в ней можно увидеть все части взрослого насекомого, плотно сложенные и готовые расправиться, когда наступит время освобождения из тесной оболочки. Разрезав почку растения, можно обнаружить в ней сложенный лист или цветок со всеми его частями. По аналогии утверждали, что и яйцо содержит все структуры будущего зародыша, только они прозрачны, плотно сложены и очень малы, а поэтому их трудно рассмотреть. Шел оживленный спор между теми, кто полагал, что все части зародыша находятся в яйце, сперматозоиды же просто паразиты, обитающие в семенной жидкости, и теми, кто помещал все структуры зародыша в сперматозоид, отводя яйцу роль питательной среды для их развития. Когда Боннэ в 1745 году установил, что некоторые насекомые, например тли, могут развиваться партеногенетическим путем из неоплодотворенных яиц, это послужило веским доводом против того, что зародыш преформирован в сперматозоиде.

Противоположное представление о так называемом эпигенезе, т. е. постепенной структурной дифференцировке организма во время его развития из относительно однородного яйца, было выдвинуто в 1759 году Каспаром Вольфом. Вольф, тщательно исследовав развивающееся куриное яйцо на самых ранних стадиях, не смог обнаружить в нем никаких частей будущего зародыша. Яйцо действительно обладало некоторой структурой, но эта структура не имела ничего общего со строением зародыша на более поздних стадиях развития. Вольф пришел к выводу, что яйцо содержит не преформированного зародыша, а только материал, из которого ему предстоит образоваться. Спор между двумя школами эмбриологов преформистами и эпигенетиками - многократно возрождался, принимая в свете новых открытий новые формы. Этот вопрос помогла разрешить экспериментальная эмбриология, которая появилась в конце XIX века. Что произойдет, если отделить друг от друга первые две клетки, образовавшиеся в начале дробления оплодотворенного яйца, и дать им возможность развиваться независимо? Согласно теории преформации, из каждой такой клетки разовьется зародыш, у которого будет недоставать половины органов и частей тела. А согласно теории эпигенеза, каждая из этих клеток должна превратиться в полного зародыша, только несколько меньшей величины. Вильгельм Ру произвел такой эксперимент, разрушая горячей иглой одну из клеток развивающегося яйца лягушки на двуклеточной стадии (стадия двух бластомеров). Дальнейшее развитие шло так, как будто из яйца должна сформироваться лишь одна половинка зародыша. Такой результат - образование дефектного зародыша - соответствовал предсказанию теории преформации. Позже, однако, выяснилось, что причиной этого была неудачная методика опыта. В этом эксперименте одну из двух клеток убивали, но мертвую клетку не удаляли, и именно ее присутствие приводило к нарушению развития другой, неповрежденной половинки яйца. Если две клетки полностью разделить, перетянув их волосяной петлей, каждая из них разовьется в нормального, целого эмбриона.

В дальнейшем развитии физиологии после Уильяма Гарвея большую роль сыграли Рене Декарт (1596 - 1650), Чарлз Белл (1774 - 1842) и Франсуа Мажанди (1783 - 1855), внесшие значительный вклад в понимание функций головного мозга и спинномозговых нервов. Иоганнес Мюллер (1801 — 1858) изучал свойства нервов и капилляров; написанный им учебник физиологии возбудил большой интерес к этой области и послужил стимулом для многочисленных исследований. Клод Бернар (1813 - 1878) - один из активных пропагандистов экспериментальной физиологии — обогатил наши знания о функциях печени, сердца, головного мозга и плаценты.

Джон Хантер (1728 - 1793) и Жорж Кювье (1769—1832) одни из первых стали изучать сходные образования у различных животных, положив начало развитию сравнительной анатомии. Ричард Оуэн (1804 - 1892) ввел представление о гомологии и аналогии. Кювье был также одним из первых исследователей ископаемых форм, и его считают основателем палеонтологии. Несмотря на это, Кювье твердо верил в неизменяемость видов и вел ожесточенные споры с Ламарком, который в 1809 году выдвинул теорию эволюции, основанную на представлении о передаче по наследству приобретенных признаков.

В последние сто лет биология развивалась поистине поразительными темпами. За это время сформировались такие ее разделы, как цитология, генетика, теория эволюции, биохимия, биофизика, эндокринология, экология. Открытия в области химии и физики и непрерывное совершенствование физических и химических методов исследования создали возможность по-новому подойти к изучению многих биологических проблем.

Ваша оценка: Нет Средняя: 2.9 (9 votes)

Биологическая терминология и единицы измерения

Размеры биологических объектовПри изучении биологии мы сталкиваемся с множеством названий и терминов, которыми обозначаются различные виды и группы растений и животных, их морфологические структуры и функциональные механизмы, а также взаимоотношения между ними. Для того чтобы обеспечить максимальную точность и иметь терминологию, понятную ученым всех стран, биологи обычно пользуются, где это возможно, латинскими словами; при создании новых терминов для обозначения вновь открытых структур или процессов принято использовать латинские или греческие корни, придавая слову в целом латинизированную форму. При написании статей мы всячески старались вводить в текст как можно меньше новых терминов; однако многие из них составляют по существу неотъемлемую часть обсуждаемых концепций и принципов и обойтись без них невозможно.

Для тех размеров и тех количеств вещества, с которыми приходится иметь дело на клеточном уровне, нужны соответствующие единицы измерения. К подобным единицам длины относятся микрон ($1$ мкм $=10^{-6}$ м) и нанометр (1 нм = 10-12м). Массу выражают в нанограммах (1 нг = 10-9 г) или пикограммах (1 пг = 10-12г) или же в дальтонах (дальтон — единица молекулярной массы, равная массе атома водорода).

Некоторые представления о диапазоне размеров биологических объектов дает рисунок.

Ваша оценка: Нет Средняя: 3.1 (18 votes)

Применение биологических знаний

По мере ознакомления со статьями Вы получите представление о некоторых практических применениях биологических знаний - об использовании их в медицине и здравоохранении, в сельском хозяйстве и охране природы и т. п. Кроме того, изучение биологии имеет и эстетическую ценность. Нельзя ожидать, что человек выучит все или хотя бы многие названия и признаки огромного множества разнообразных растений и животных, однако, зная строение и жизненные отправления основных типов организмов, он получит значительно больше удовольствия от прогулки по лесу или поездки на берег моря. Обычно горожанин видит лишь небольшой уголок обширной панорамы животного и растительного мира - ведь очень многие организмы обитают в местах, где их не так просто наблюдать, например в море или таких областях суши, до которых трудно добраться. Экскурсии в ботанические сады, зоопарки, аквариумы и музеи помогут получить некоторое представление о громадном разнообразии живых организмов.

Невозможно описывать разнообразные формы жизни, не упоминая об их местообитаниях. Это подводит нас к одной из основных общих концепций биологии — к представлению о том, что организмы, населяющие данную местность, находятся в тесных взаимоотношениях между собой и с окружающей средой. Изучение этих взаимоотношений чрезвычайно важно.

Современные организмы более или менее тесно связаны между собой эволюционным родством. При рассмотрении каждой из основных форм жизни касающиеся ее факты будет легче понять и запомнить, если мы попытаемся найти для нее надлежащее место в сложном переплетении ткани живой природы. При обсуждении биологических законов мы сосредоточим внимание преимущественно на человеке, чтобы показать его истинное место в мире живого. Ведь только по его собственному, несколько пристрастному мнению он стоит в центре Вселенной, тогда как другие животные и растения существуют лишь для того, чтобы служить ему. По численности, величине, силе, выносливости и способности к приспособлению он уступает многим животным, а пытаясь приспособиться к окружающим условиям (что, как мы увидим, можно считать самым важным биологическим атрибутом всякого живого организма), он часто терпит неудачу. Тем не менее при изучении основ общей биологии целесообразнее и интереснее избрать в качестве основного объекта человека.

Ваша оценка: Нет Средняя: 2.4 (88 votes)

Живые организмы подчиняются законам физики и химии

Одно из основных обобщений современной биологии состоит в том, что все явления жизни подчиняются законам физики и химии и могут быть объяснены с помощью этих законов. Вплоть до начала XX века большинство людей, в том числе и большая часть биологов, были убеждены, что жизненные процессы в самой своей основе чем-то отличаются от процессов, происходящих в неживых системах. Позднее в результате огромных успехов в понимании химических и физических явлений стало ясно, что и множество проявлений жизни, хотя они гораздо более сложны, можно объяснить в понятиях физики и химии, не привлекая для этого таинственной жизненной силы. Свойства живых клеток и организмов, казавшиеся в свое время столь загадочными, становятся вполне понятными. Многие сложные процессы, свойственные живым системам, уже можно при надлежащих условиях воспроизвести в пробирке. Все это естественно приводит к убеждению, что при достаточно глубоком знании физики и химии живых систем мы смогли бы воссоздать живое из неживого.

Ваша оценка: Нет Средняя: 3.4 (13 votes)

Клеточная теория

Другое важнейшее обобщение биологии - клеточная теория. В ее современной форме эта теория утверждает, что все живые организмы - животные, растения, бактерии и грибы - состоят из клеток и из продуктов их жизнедеятельности; что новые клетки образуются путем деления существовавших ранее клеток; что все клетки в основном сходны по химическому составу и обмену веществ и что активность организма как целого слагается из активности и взаимодействия отдельных клеток.

Клетки впервые описал Роберт Гук, который рассматривал кусочек пробки под одним из весьма несовершенных микроскопов XVII века; то, что он при этом увидел, Микроскопическая структура тонкого среза пробки были на самом деле стенки отмерших клеток. Лишь спустя почти двести лет биологи поняли, что главную роль играет не стенка клетки, а ее внутреннее содержимое.

Подобно многим другим основополагающим концепциям, клеточная теория не есть плод мысли и исследований одного ученого. Авторами этой теории обычно считают ботаника Маттиасса Шлейдена и зоолога Теодора Шванна, которые в 1838 г. впервые констатировали, что растения и животные представляют собой скопления клеток, расположенных в определенном порядке. Однако Дютроше еще в 1824 году утверждал, что «ткани всех организмов состоят, по существу, из чрезвычайно мелких шаровидных клеток, связанных между собой, по-видимому, только обычными силами адгезии; все ткани и органы животных представляют собой клеточную ткань, различным образом видоизмененную». Еще до этого в 1809 году Ламарк писал: «Тело является живым лишь в том случае, если его составные части построены из клеток». Дютроше считал, что рост происходит в результате увеличения объема отдельных клеток и добавления новых маленьких клеточек. Клеточное ядро, признаваемое теперь непременным компонентом почти всех клеток, было впервые описано Робертом Броуном в 1831 году. Как это случалось и во многих других областях науки, Шлейден и Шванн, не будучи первыми авторами, провозгласившими некий принцип, тем не менее сформулировали его столь ясно и убедительно, что идея приобрела популярность и в конце концов была принята большинством биологов того времени.

Ваша оценка: Нет Средняя: 3.3 (15 votes)

Биогенез

По-видимому, нет таких случаев, на которые не распространялось бы третье обобщение: все живое происходит только от живого. По существу это логическое следствие клеточной теории, которое впервые четко сформулировал Рудольф Вирхов: «Все живые клетки возникают из предсуществующих живых клеток». Иными словами, самопроизвольное образование клетки из неживой материи невозможно. Представление о том, что даже такие довольно крупные организмы, как черви, лягушки и крысы, могут возникать путем самопроизвольного зарождения, оставалось широко распространенным вплоть до конца XVII века, пока оно не было, наконец, опровергнуто экспериментами Реди и Спалланцани.

Опыты Пастера, Тиндаля и других исследователей, проведенные более ста лет назад, убедительно доказали, что микроорганизмы, например бактерии, также не могут возникать из неживого вещества путем самозарождения. Еще до этих опытов ученые, не верившие в самопроизвольное зарождение жизни, установили, что если поместить питательную среду в сосуд, закрытый пробкой, и прокипятить ее, то после охлаждения в сосуде уже не появится никаких организмов. Сторонники самозарождения отвечали на это, что при кипячении разрушается какое-то питательное вещество, необходимое для возникновения жизни, и что именно поэтому не происходит зарождения организмов. Пастер в своих экспериментах наливал питательный бульон (из сахара и дрожжей) в колбы, горлышко которых было вытянуто в длинную S-образную трубку, и кипятил бульон, чтобы убить все бактерии, которые могли там находиться. При использовании колб с прямым горлышком пылинки с прилипшими к ним бактериями оседали на поверхность бульона, где очень скоро появлялись колонии бактерий. В колбах с S-образными трубками бульон тоже не был изолирован от наружного воздуха, однако бактерии не попадали в питательную среду, так как задерживались пленкой влаги на внутренней поверхности тонкой изогнутой трубки. Эта пленка действовала как фильтр. В таких колбах бульон можно было оставить на несколько недель или месяцев, и в нем не появлялось никаких микробов. Далее Пастер показал, что если изогнутую трубочку отломать, то в бульоне быстро развивается множество бактерий. С помощью серии подобных опытов он установил, что бактерии, появлявшиеся в бульоне, не возникали путем самозарождения; эти бактерии находились в воздухе и попадали на питательную среду вместе с частицами пыли.

В последние годы стало ясно, что, хотя в настоящее время самопроизвольного зарождения жизни не происходит, оно все-таки, вероятно, произошло миллиарды лет назад, когда жизнь впервые появилась на нашей планете. И если в наше время самозарождение живых организмов в высшей степени маловероятно, то в ту первичную эпоху, в совершенно иных условиях среды, оно, по-видимому, действительно происходило.

Ваша оценка: Нет Средняя: 2.3 (12 votes)

Живые клетки как преобразователи энергии

Живые организмы и составляющие их клетки — это не тепловые машины, а преобразователи, которые превращают химическую энергий) пищи - энергию, первоначально уловленную зелеными растениями из солнечного света, - в электрическую, механическую, осмотическую пли какую-нибудь иную форму, в которой она может быть использована живыми организмами.

Каждая живая клетка обладает весьма эффективными и сложными механизмами для преобразования энергии. Лучистая энергия солнечного света - главный источник энергии для всех форм жизни на Земле. Первое из важнейших преобразований энергии на нашей планете осуществляют зеленые растения. Они превращают лучистую энергию Солнца в химическую энергию, которая запасается в форме связей, соединяющих атомы в определенных молекулах, например в глюкозе.Поток энергии от Солнца через зеленые растения к животным Этот первый этап преобразования энергии называется фотосинтезом: зеленые растения осуществляют его при помощи пигмента хлорофилла, который позволяет клеткам превращать лучистую энергию в химическую. Эта химическая энергия используется затем для синтеза углеводов и других веществ из двуокиси углерода и воды.

Второй важнейший этап в цепи преобразований энергии на нашей планете совершается во всех клетках, как растительных, так и животных, при дыхании. В процессе дыхания химическая энергия углеводов и других молекул в результате окисления этих молекул преобразуется в биологически полезную энергию. Использование клетками таких пищевых веществ, как глюкоза, происходит путем ряда ферментативных реакций; освобождающаяся при этом энергия запасается в форме макроэргических связей аденозинтрифосфата (АТФ).

На третьем этапе преобразований химическая энергия, полученная из пищевых веществ и связанная в форме АТФ, используется клетками для совершения разнообразных видов работы. АТФ служит источником энергии, необходимой для передачи нервных импульсов, для мышечного сокращения, для синтеза сложных макромолекул из более простых составных частей и для множества других жизненных функций. При осуществлении всех этих биологических функций энергия в конце концов рассеивается в окружающую среду в бесполезной для организма форме - в форме тепла. Ни в одном из этих случаев преобразования энергии клетка не работает как тепловая машина. Ни глюкоза, ни какие-либо другие молекулы не «сжигаются» в строгом смысле этого слова.

Ваша оценка: Нет Средняя: 2.9 (7 votes)