Содержание
Биология Биология как наука
«Великая книга природы открыта перед всеми, и в этой великой книге до сих пор… прочтены только первые страницы», — так писал о биологии русский публицист, литературный критик XIX в. Дмитрий Иванович Писарев.
Дипломат, политик, учёный, изобретатель XVIII в. Бенджамин Франклин вопрошал к ученому миру: «Каким образом образовалась Земля, на которой я живу? Является ли она единственной населенной планетой? Откуда я происхожу? Где я нахожусь? Какова природа того, что я вижу? Какова природа всех этих блестящих фантомов, зрелище которых меня прельщает? Всего этого никогда не будут знать величайшие гении; они будут с философским видом молоть вздор, как это делал и я».
Исследование природы началось на ранних этапах развития человечества. Из литературных трудов египтян, индийцев и китайцев известно, что уже в древние времена люди многое знали о природе и применяли эти знания в жизни. В XIV в. до н. э. в Месопотамии были созданы клинописные таблички, в которых рассказывалось о растениях и животных.
В рукописных книгах Вавилона описываются способы обработки земли, собраны признаки культурных растений и их вредителей. Первой биологической энциклопедией принято считать труд римского ученого Плиния Старшего. В I в. до н. э. он написал 37 томов «Естественной истории», в которой изложил многочисленные сведения о живой природе.
Можно ли это событие считать рождением биологии как науки? Наверное, да. Однако термин «биология» впервые появился в 1797 г. Немецкий профессор Т. Руз предложил называть науку биологией от слов «био» (жизнь) и «логос» (наука). Общепринятым термин стал в 1802 г., после того как его стал употреблять в своих работах французский натуралист Жан Батист Ламарк. Именно 1802 г. и считается годом рождения биологии как науки.
Современная биология представляет собой комплексную науку. Она состоит из ряда самостоятельных дисциплин со своими объектами исследования.
Большой раздел биологии — ботаника, наука о растениях.
Строение, особенности роста и биологическое значение грибов изучает микология. Разнообразие мхов описывает бриология. Ископаемые останки древних растений исследует палеоботаника.
Раздел биологии, который изучает животных, их многообразие, строение и образ жизни, называется зоологией. Зоология изучает разных животных, в том числе простейших, насекомых, рыб, птиц и млекопитающих. Отдельные особенности животных изучают в специальных разделах зоологии: морфологии, палеонтологии, этологии. Организм человека — объект исследования анатомии, физиологии, гигиены.
Анатомия изучает форму и строение человеческого организма. Физиология исследует функциональные явления, которые тесно связаны со структурой организма, а также раскрывает законы жизнедеятельности живого организма.
Гигиена как раздел биологии определяет влияние окружающей среды на здоровье человека, его работоспособность, и разрабатывает оптимальные требования к условиям жизни и труда.
Гигиенические нормативы, необходимые для сохранения здоровья человека, создаются на основе знаний анатомии и физиологии.
Для выявления и объяснения общих биологических законов, эволюционных явлений, закономерностей существует раздел общей биологии. Общая биология изучает все аспекты жизни, классифицирует и описывает царства живой природы, изучает происхождение видов и взаимодействие их между собой и с окружающей средой. Биологи разработали и собрали сведения об основных закономерностях живой природы на молекулярном, клеточном, организменном, видовом и биосферном уровнях. Вклад в общую биологию в разное время внесли Клавдий Гален, Гиппократ, Карл Линней, Чарльз Дарвин, Александр Опарин и многие другие ученые. Благодаря их экспериментам, открытиям появилась фундаментальная биологическая наука.
Биология в последнее время развивалась быстрыми темпами и взаимодействовала с различными естественными науками. В результате сформировались современные разделы биологии: биофизика, биохимия, биотехнология, бионика, экология, генетика.
Современная биология — одна из важнейших для человечества естественных наук.
В наше время перед человечеством остро встают такие проблемы, как охрана здоровья, обеспечение продовольствием, сохранение разнообразия организмов на планете и охрана окружающей среды. Биология тесно взаимодействует с разными отраслями народного хозяйства.
Бесценна роль биологии в медицине. Именно с помощью биологии были найдены способы лечения бактериальных и быстро распространяющихся вирусных заболеваний. Благодаря героизму медиков-биологов исчезли очаги страшных эпидемий: чумы, холеры, брюшного тифа, сибирской язвы, оспы и других не менее опасных для человека заболеваний.
Огромных успехов добилась генетика — наука о наследственности и изменчивости живых организмов. Современная генетика стала теоретической основой для выведения новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Теоретические знания по генетике необходимы в области диагностики и лечения наследственных болезней человека.
Человечеству еще предстоит решить проблемы раковых и генетических заболеваний, не допустить появления новых опасных болезней.
Загрязнение окружающей среды при производственной деятельности человека переводит роль биологии на новую ступень.
Каждый год на Земле возникают катастрофы, которые влияют на жизнь отдельного человека и целых государств. Благополучие людей возможно только при решении проблем окружающей среды, защиты и охраны природы, при сохранении биосферы. Каждый современный человек должен быть биологически грамотным и понимать, к каким необратимым последствиям могут привести изменения окружающей среды.
Биологические знания необходимы и при решении продовольственной задачи.
Современная биология предлагает пути увеличения продовольствия за счёт повышения плодородности земель, достижений генетики и селекции.
В XX в. в биологии сформировалось новое направление — бионика. Бионика объединяет интересы биологии и техники.
Целью новой науки является решение инженерных и технических задач на основе изучения структуры и жизнедеятельности живых организмов. В свое время результатом совместной деятельности биологов и инженеров стал эхолокатор. Однако оказалось, что природный эхолокатор летучих мышей, возникший за миллионы лет до появления человека на Земле, гораздо совершеннее. Это послужило стимулом к сознательному поиску в живой природе решения многих инженерно-технических задач. Познание законов функционирования живых организмов позволяет использовать их для практических целей человека.
Основные области практического применения биологических знаний разнообразны. Назовем некоторые из них.
Фармакология — область использования различных биологических веществ в качестве лекарственных препаратов.
В психологии и социологии биология является научной теоретической базой.
В настоящее время развивается космическая биология. Это отрасль биологии, которая изучает особенности существования живых организмов во внеземных условиях, воздействие на них космических факторов, а также возможность существования жизни на других планетах.
Космическая биология разрабатывает методы исследования и средства обеспечения жизнедеятельности человека и животных в условиях космического полета, когда на живой организм могут одновременно воздействовать различные факторы.
Биология как наука важна не только для ученых и специалистов, но и для каждого человека. Биологическая культура — это уровень восприятия людьми природы, окружающего мира и оценка своего положения во Вселенной.
Михаил Гельфанд: «Биология — это наука не о танковых
Михаил Гельфанд, руководитель магистерской программы «Биотехнологии» Сколтеха, замдиректора Института проблем передачи информации РАН, в интервью «ПостНауке» поделился своими мыслями о самых интересных направлениях исследований в биологии, западном опыте и современных научных центрах в России. Sk.ru приводит выдержки из этого материала
Я веду исследования в учебно-научном центре «Биоинформатика» Института проблем передачи информации РАН. В моей лаборатории мы занимаемся компьютерным анализом генома, изучаем бактериальные сообщества и эволюцию бактериальных геномов.
Оказывается, что мы можем многое рассказать о бактерии, зная только ее геном. Например, если есть белок с неизвестной функцией, очень трудно понять экспериментально, что он делает. Еще хуже, когда есть функция, но непонятно, какой белок ее выполняет. Выяснить это экспериментальными методами бывает очень сложно, но если у вас есть конкретное предсказание, сделанное с помощью компьютерного анализа, то его можно проверить напрямую. И эти подходы получаются очень эффективными.
Михаил Гельфанд. Фото: Sk.ru
Другое направление исследований — эволюция бактериальных геномов. Мы изучаем фундаментальные вопросы. Например, пытаемся понять, что такое вид бактерий. Нам примерно понятно, что такое вид млекопитающих, но совершенно непонятно, что такое вид бактерий. О млекопитающих мы можем сказать, что человек и шимпанзе — более близкие родственники, чем человек и мартышка, а кит с бегемотом — более близкие родственники, чем бегемот и корова.
Дело в том, что большая часть генома у млекопитающих наследуется от предков напрямую, а с бактериями все не так: у них часто гены переносятся из одного вида в другой.
Тут возникает интересный вопрос о том, можно ли эволюцию бактерий представлять филогенетическим деревом. Без понимания эволюции бактерий невозможно придумать стратегию борьбы с ними. Не понимая, что бактерии очень быстро эволюционируют, человечество неправильно использовало антибиотики. Теперь мы имеем дело с бактериями, которые устойчивы к существующим антибиотикам.
Кроме того, мы изучаем бактериальные сообщества. При этом рассматривается не один конкретный геном, а геномы всех имеющихся в сообществе бактерий. Если же выйти за рамки бактериальной геномики, то ведется большая работа по изучению того, как устроена ДНК в человеческих клетках. В этой области много интересных задач, которые в конечном счете сводятся к вопросу о том, почему геном во всех клетках одинаковый, а ткани разные и как в ходе развития получаются разные типы клеток. Ответ заключается в том, что в разных клетках работают разные гены. И то, какие гены работают в клетке, определяет ее индивидуальность. Еще более трудный вопрос — почему структура и функциональное состояние ДНК меняются, хотя ее последовательность остается прежней.
В геномике бактерий у нас есть некая научная программа, и мы ей следуем с большим или меньшим успехом. А в науке о структуре и функции ДНК эукариот (организмов, клетки которых имеют ядро) наши работы в значительной степени получаются оппортунистическими — все зависит от экспериментаторов, которые приносят интересные данные.
О достижениях в биологии
Современная биология — не про открытия и достижения. Нобелевские премии по физиологии или медицине на глазах теряют смысл, потому что из большого количества людей, которые делают одно и то же, комитет все чаще выбирает случайного человека. В других науках такого нет. Это происходит потому, что современная биология — коллективная наука. Прогресс в ней непрерывный и постепенный. Очень редко бывают очевидные прорывы. Но есть красивые примеры. Например, CRISPR/Cas-системы — это действительно новая крутая вещь. Авторам, конечно, дадут Нобелевскую премию. И возникнет тот же самый вопрос: кому давать? Ведь первая гипотеза о том, как это должно быть устроено, возникла в результате анализа геномов у Евгения Кунина и его коллег.
Потом разные группы микробиологов показали, как это работает у живых бактерий. А другие ученые придумали, как применять эти системы в генной инженерии. Понять, кто главный молодец, невозможно.
«Интересная ситуация зреет в Сколковском институте науки и технологий: биологическому направлению Сколтеха удалось собрать очень сильных людей, и, если это заработает как надо, то будет очень хорошо»
Биология — это не наука о танковых прорывах, а наука о позиционных боях. Поэтому вопрос о достижениях сложный. Или они есть всегда, или их нет никогда — зависит от того, как посмотреть. Я думаю, что доля понимаемого в биологии все время уменьшается за счет того, что непропорционально быстро увеличивается доля вещей, про которые мы понимаем, что они есть, но совершенно не понимаем, как они работают. Есть известная апория про то, что Ахиллес никогда не догонит черепаху. Здесь то же самое, только черепаха бежит быстрее Ахиллеса.
Об исследованиях индивидуальных клеток
Сейчас интересно наблюдать за тремя направлениями исследований в биологии: анализ индивидуальных клеток и различий между ними; соотношение шума и функции; и последнее — тот же самый вопрос, но в эволюционном преломлении.
За индивидуальными клетками интересно наблюдать с точки зрения эмбриологии. Если мы наблюдаем за клетками во время эмбрионального развития, когда они уже начинают приобретать отличия, мы можем проследить, как клетки постепенно понимают, какие функции будут выполнять.
Вторая область — это рак. Известно, что опухоли крайне неоднородны. Есть масса работ, в которых сравнивали раковые и нормальные клетки одной и той же ткани и смотрели, что поменялось. Но в них рассматривалась средняя раковая клетка, а клетки очень разные. Они постепенно набирают геномные поломки, становятся все более и более злокачественными, бесконечно делятся, потом какие-то из них приобретают способность «уплыть», прикрепиться в другом месте и там начать делиться, давая метастазы. Если смотреть на геномы индивидуальных клеток, можно восстановить эволюцию рака (рак — эволюционная болезнь) и увидеть сильнейшее соревнование между клетками опухоли. С точки зрения рака индивидуальные клетки — это особи, а мы для них — внешняя среда.
Исследования показывают, что клетки, у которых есть потенциал стать источником метастазов, могут присутствовать практически с самого начала, они не являются молодыми. Это фундаментальная вещь, которую надо понимать при выборе стратегии химиотерапии.
Третья область для исследования индивидуальных клеток — это иммунология, а конкретнее — индивидуальность лимфоцитов. Четвертая — исследование индивидуальности нейронов, которое проводят в рамках нейронауки. Там есть очень красивая штука. Наивно можно было бы предположить, что у нейронов одной области мозга была одна клетка-предшественник, которая потом делилась и из которой эта область выросла. В таком случае генеалогическое дерево нейронов должно бы хорошо коррелировать с их географической близостью в мозге, но оказывается, что ничего подобного. Можно определить геномы отдельных нейронов и проследить историю соматических мутаций при делении клеток. Мы увидим, что, даже если область мозга локальна и однородна, она образована клетками из очень разных линий, которые разошлись, еще когда эти клетки вообще не были нейронами.
Если подумать, то окажется, что инженерно это очень правильно, ведь если каждая область мозга является потомком одной клетки, то при повреждении этой клетки в эмбрионе эта область мозга не разовьется совсем. А если область образована потомками большого числа разных клеток, которые приобрели функциональную идентичность уже в относительно поздней стадии, то подобного не случится.
«Доля понимаемого в биологии все время уменьшается за счет того, что непропорционально быстро увеличивается доля вещей, про которые мы понимаем, что они есть, но совершенно не понимаем, как они работают»
Об исследованиях древнего генома
Очень интересные исследования касаются древней ДНК, потому что они развивают наше понимание истории. Стандартный вопрос: кем были носители индоевропейского языка?
Мы знаем археологические культуры примерно того времени, но теперь можно посмотреть на геномы этих людей, увидеть варианты генов, характерные для разных археологических культур, и проследить, как люди двигались по Евразии.
С другой стороны, мы можем проследить отношения современных людей и неандертальцев, мы теперь знаем, что была еще одна независимая ветвь — денисовцы, и в геномах жителей Индонезии, Новой Гвинеи, Австралии есть большие денисовские куски. Мы можем посмотреть на процесс одомашнивания скота. Все это интересно не только с точки зрения биологии, но и в перспективе понимания истории и культуры.
О научных центрах в России
Проблема России в том, что были великая советская физика и великая советская математика — потрясающие школы мирового значения. Иногда говорят, что эти науки возникли из военной области, но это не так, хотя она позволяла им существовать.
А великая советская биология не имела такой крыши, поэтому с 1948 года ее не существовало. Были лишь отдельные очень хорошие ученые, и, в общем, так оно и осталось на десятилетия. Когда ученые начали массово уезжать за границу, ситуация усугубилась. Это плохая новость. А хорошая новость в том, что тем не менее сейчас все-таки есть несколько лабораторий, в которых делают науку вполне мирового уровня.
Фото: Sk.ru
Чтобы наблюдать за наукой, надо смотреть не на уровне центров, а за конкретными людьми. Территориально сильные люди могут находиться в разных местах. Интересная ситуация зреет в Сколковском институте науки и технологий: именно биологическому направлению Сколтеха удалось собрать очень сильных людей, и если это заработает как надо, то будет очень хорошо. Успешные лаборатории есть в Санкт-Петербурге и Новосибирске, а дальше — Красноярск, Уфа, Томск, Казань.
О западном опыте
Я большой сторонник того, чтобы в России строили науку по западным принципам — с конкурсной системой, экспертизой. Но при этом есть два аспекта. Первый, совсем банальный: не может быть замечательно построенной системы науки в стране, которая целиком не функционирует как должно. Второй аспект заключается в том, что надо перенимать принципы, а не механизмы, потому что механизмы всякий раз должны быть разные. У российской науки, например, есть колоссальная, исторически сложившаяся и очень неправильная пропасть между исследованиями и образованием.
Были исследовательские и учебные институты. За редкими исключениями вроде новосибирского Академгородка, это были два разных мира. Любая попытка строить современную науку и образование должна учитывать и преодолевать этот исторический фон. Должна быть очень хорошая стратегия и далекий горизонт планирования, и это то, чего совсем не хватает.
До некоторой степени надежду внушает Сколтех, потому что это новое образование в чистом поле. Есть надежда, что многие из проблем там не заведутся, а от странностей, которые в нем возникли в самом начале, удастся избавиться.
Есть Высшая школа экономики, в которой очень сильный математический факультет — по-видимому, лучший в России сейчас. Там есть и интересный факультет компьютерных наук. Открывается физфак, то есть происходит экспансия в область естественных наук, что очень хорошо, потому что она будет задавать некоторую планку. Ведь естественные науки хороши тем, что там понятны критерии качества.
О будущем выпускников Сколтеха
Наша цель — подготовить таких выпускников, которые смогут присоединиться к лабораториям мирового уровня.
Кроме того, они смогут работать в биотехнологических и фармацевтических компаниях. Мы стараемся сделать так, чтобы уровень профессиональной подготовки это позволял. И третье направление, где они могут работать, — это современное здравоохранение. Современная медицина все больше требует понимания биологии, в частности эволюционной биологии. Вообще говоря, где появляется современная, технологичная, высокодетализированная медицина, там должна быть очень мощная биологическая основа — и у врачей, и у людей, которые с врачами работают.
«CRISPR/Cas-системы — это действительно новая крутая вещь. Авторам, конечно, дадут Нобелевскую премию»
Наконец, в некоторых странах бывают фармацевтические стартапы. Многие лекарства придумываются не большими фармкомпаниями, а людьми из университетов. Они развивают лекарство или технологию до какого-то продвинутого состояния, а потом продают большой фармкомпании. Это довольно стандартная бизнес-модель, но в России она по очевидным причинам не работает.
история науки | Определение, естественная философия и развитие науки
история науки
Смотреть все СМИ
- Похожие темы:
- закон трех стадий
наука
Просмотреть весь связанный контент →
история науки , развитие науки с течением времени.
На самом простом уровне наука — это знание мира природы. В природе есть много закономерностей, которые человечеству пришлось признать для выживания с момента появления Homo sapiens как вид. Солнце и Луна периодически повторяют свои движения. Некоторые движения, такие как суточное «движение» Солнца, наблюдать просто, в то время как другие, например годовое «движение» Солнца, наблюдать гораздо труднее. Оба движения коррелируют с важными земными событиями. День и ночь обеспечивают основной ритм человеческого существования. Времена года определяют миграцию животных, от которых на протяжении тысячелетий зависело выживание людей.
С изобретением сельского хозяйства времена года стали еще более важными, так как неспособность распознать подходящее время для посадки могло привести к голоду. Наука, определяемая просто как знание природных процессов, универсальна для человечества и существует с самого начала человеческого существования.
Однако простое признание закономерностей не исчерпывает полного смысла науки. Во-первых, закономерности могут быть просто конструкциями человеческого разума. Люди делают поспешные выводы. Разум не терпит хаоса, поэтому он конструирует закономерности, даже если их объективно не существует. Так, например, один из астрономических «законов» средневековья заключался в том, что появление комет предвещало великий переворот, подобно тому, как за кометой 1066 г. последовало нормандское завоевание Британии. Истинные закономерности должны быть установлены путем отстраненного изучения данных. Поэтому наука должна использовать определенную степень скептицизма, чтобы предотвратить преждевременное обобщение.
Закономерности, даже если они математически выражены в виде законов природы, удовлетворяют не всех. Некоторые настаивают на том, что подлинное понимание требует объяснения причин законов, но именно в области причинности существуют самые большие разногласия. Современная квантовая механика, например, отказалась от поиска причинно-следственной связи и сегодня опирается только на математическое описание. С другой стороны, современная биология процветает на причинно-следственных цепочках, которые позволяют понять физиологические и эволюционные процессы с точки зрения физической активности таких объектов, как молекулы, клетки и организмы. Но даже если причинность и объяснение признаются необходимыми, нет единого мнения о видах причин, которые допустимы или возможны в науке. Если мы хотим, чтобы история науки имела хоть какой-то смысл, необходимо иметь дело с прошлым на его собственных условиях, и дело в том, что на протяжении большей части истории науки естествоиспытатели апеллировали к причинам, которые современные ученые отвергли бы без промедления.
. Духовные и божественные силы считались реальными и необходимыми до конца 18 века, а в таких областях, как биология, глубоко в 19 веке.также й век.
Викторина «Британника»
Наука: правда или вымысел?
Вас увлекает физика? Устали от геологии? С помощью этих вопросов отделите научный факт от вымысла.
Определенные условности регулировали обращение к Богу, богам или духам. Считалось, что боги и духи не могут быть полностью произвольными в своих действиях. В противном случае правильным ответом было бы умилостивление, а не рациональное исследование. Но, поскольку божество или божества сами были разумны или связаны рациональными принципами, люди могли раскрыть рациональный порядок мира. Вера в предельную рациональность творца или правителя мира действительно могла стимулировать оригинальную научную работу. Законы Кеплера, абсолютное пространство Ньютона и неприятие Эйнштейном вероятностной природы квантовой механики — все они были основаны на теологических, а не научных предположениях.
Для чутких толкователей явлений конечная постижимость природы, казалось, требовала какого-то рационального руководящего духа. Примечательным выражением этой идеи является заявление Эйнштейна о том, что чудо не в том, что человечество постигает мир, а в том, что мир постижим.
Таким образом, наука в этой статье должна рассматриваться как знание естественных закономерностей, подвергающееся некоторой степени скептической строгости и объясняемое рациональными причинами. Последнее предостережение необходимо. Природа познается только через чувства, из которых доминируют зрение, осязание и слух, и человеческое представление о реальности смещено в сторону объектов этих чувств. Изобретение таких инструментов, как телескоп, микроскоп и счетчик Гейгера, сделало возможным постоянно расширяющийся спектр явлений, доступных для органов чувств. Таким образом, научное познание мира является лишь частичным, и прогресс науки следует за способностью человека делать явления воспринимаемыми.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас
В этой статье дается широкий обзор развития науки как способа изучения и понимания мира, от первобытной стадии наблюдения важных закономерностей в природе до эпохальной революции в представлениях о том, что составляет реальность, которая произошла в 20-х гг. физика века. Более подробное изложение истории конкретных наук, включая разработки конца 20-го и начала 21-го веков, можно найти в статьях по биологии; Науки о Земле; и физические науки.
Биология — современная биология — жизнь, наука, университет и науки
Хотя среди историков биологии существуют некоторые разногласия по поводу точного происхождения, переход к современной биологии, по-видимому, произошел с конца восемнадцатого века до начала девятнадцатого века. . Слияние событий привело к этому переходу. Во Франции натуралисты реформировали таксономию и стали признавать вымирание форм жизни. Этот прогресс стал результатом работы таких естествоиспытателей, как граф де Бюффон (1707–1788), Жорж Кювье (1769–1832), Этьен Жоффруа де Сен-Илер (1772–1844) и Жан-Батист де Ламарк (1744–1829) в таких учреждениях, как Королевский сад.
Появились новые науки, в том числе сравнительная анатомия и палеонтология, области, в которых Кювье до сих пор считается отцом-основателем. Французские анатомы, такие как Ксавье Биша (1771–1802) и физиологи, такие как Франсуа Мажанди (1783–1855), экспериментируя на животных системах (иногда с сомнительной избыточностью в случае Мажанди), уточняли и углубляли понимание фундаментальных физиологических процессов и тем самым произвел революцию в физиологическом понимании жизни. В Германии идеи естествоиспытателей, таких как Иоганн Вольфганг фон Гёте (1749 г.–1832) и Лоренц Окен (1779–1851) начали вызывать серьезный интерес к единой науке о жизни.
Вся эта деятельность была отражена рядом ранних ссылок на биологию в ряде малоизвестных немецких контекстов, начиная с конца восемнадцатого века. Традиционные истории обычно указывают на первое общее использование термина биология в 18:00 в медицинском трактате Prapädeutik zum Studium der gesammten Heilkunst (Пропедевтика к изучению общей медицины) Карла Фридриха Бурдаха (1776–1847), который использовал
это в основном для изучения человеческой морфологии, физиологии и психологии.
Он снова появился в 1802 году в работах немецкого натуралиста Готфрида Тревирануса (1776–1837) и в работах Жана-Батиста де Ламарка, французского ботаника и одного из первых сторонников трансмутационизма. Хотя к 1820-м годам это слово получило некоторое распространение, особенно в английском языке, во многом это произошло благодаря усилиям Огюста Конта (179 г.8–1857), французского социального философа, этот термин получил самое широкое распространение. Для Конта биология, одна из «высших наук» в его философии позитивизма, была дисциплиной познания, которая организовывала изучение жизни и искала принципы жизни.
Особенно критическим для развития современной биологии был период между 1828 годом, когда Фридрих Вёлер (1800–1882) искусственно синтезировал органическое соединение мочевину в лаборатории (разжигая споры между механизмом и витализмом), и 1866 годом, когда Грегор Мендель (1822–1884) опубликовал свою теорию наследственности. За это время были заложены концептуальные основы новой науки и установлены многие определяющие критерии почти всех основных разделов биологии.
Первыми областями, для которых была заложена основа, были цитология (теперь часть более общей дисциплины клеточной биологии) и гистология (изучение тканей). Достижения в области оптики в 1830-х годах такими работниками, как Джованни Баттиста Амичи (1784–1863), значительно повысили разрешающую способность микроскопа и уменьшили или полностью устранили такие разрушительные явления, как хроматическая аберрация. Методы выборочного окрашивания и окрашивания клеточных компонентов, а также усовершенствования в срезах, которые привели к получению все более и более тонких срезов, позволили исследователям более четко видеть все более тонкие структуры. В результате совершенствования микроскопической техники серия наблюдений за растениями и животными, проведенная в 1833 г., привела к распознаванию ряда клеточных структур, начиная с ядра, впервые обнаруженного в клетках орхидей английским микроскопистом Робертом Брауном (1773–1858). Наблюдения за клетками растений и животных завершились созданием клеточной теории в конце 1830-х годов, признанием того, что клетки являются основной единицей организации всех живых тканей.
Создание клеточной теории стало результатом наблюдательной работы ботаника Матиаса Шлейдена (1804–1881) и зоофизиолога Теодора Шванна (1810–1882). Рудольф Вирхов (1821–1819 гг.).02) расширил эту теорию в 1840 году, включив в нее наблюдение, что все клетки происходят из клеток, а в 1858 году в своих работах «Целлюлярная патология», он заложил новые основы для понимания болезней с точки зрения разрушения клеток. Микробная теория болезней, теория, предложенная Луи Пастером в 1860-х годах в результате его работы в области микроскопии, предполагала, что микроорганизмы являются причинами инфекционных заболеваний. Таким образом, достижения в области микроскопии в девятнадцатом веке заложили основы не только цитологии и гистологии, но и новой науки микробиологии (изучение микробной жизни), которая продолжала исследовать все более мелкие формы жизни вплоть до двадцатого века.
Еще одной областью, которая в значительной степени опиралась на микроскопию, было знание наследственности (позже названное наукой о генетике), особенно в конце девятнадцатого века, когда впервые были обнаружены такие структуры, как хромосомы, и клеточное размножение было понято с точки зрения мейоза и митоза.
Хромосомная теория наследственности, впервые предложенная Уолтером Саттоном (1877–1916) и Теодором Бовери (1862–1915), в значительной степени объединила знания о тонкой структуре и поведении хромосом с менделевской генетикой, чтобы предположить, что хромосомы были материальными носителями наследственности. Эта теория не была сформулирована до начала двадцатого века, между 1902 и 1903. Это развитие произошло так поздно, потому что экспериментальное понимание процесса наследственности Грегором Менделем, опубликованное в 1866 году, не получило должного внимания до его повторного открытия в 1900 году. Современная наука о наследственности, которую Уильям Бейтсон (1861–1926) называемая генетикой, началась в первые годы двадцатого века с первоначального исследования, определяющего, в какой степени менделевские принципы действуют в мире природы. Вторая область интереса возникла в результате новаторских исследований американского генетика Томаса Ханта Моргана (1866–1819 гг.).45) и его лаборатория менделевской генетики плодовой мушки Drosophila melanogaster.
Начиная примерно с 1910-х годов и достигнув пика в 1930-х годах, эта классическая школа генетики работала над передачей ряда характеристик путем изучения мутантных форм дрозофилы.
Микроскопические методы также играли активную роль в других важных областях биологии девятнадцатого века, таких как эмбриология, и выявили взаимодействие между наследственностью, развитием, цитологией и эволюцией. К концу девятнадцатого века настойчивые вопросы биологического развития решались с помощью методов и идей, почерпнутых из цитологии и клеточной физиологии, что привело к возобновлению споров между механизмом и витализмом. Именно тогда, когда такие фигуры, как Август Вейсман (1834–1819 гг.14) сформулировал механистические теории, связывающие наследственность с развитием и эволюцией, что привело к таким движениям, как механика развития, такие личности, как Ганс Дриш (1867–1961), бросили вызов строгому механизму в биологии, экспериментально продемонстрировав, что почти любая часть клеточных компонентов эмбриональных тканей имели возможность развиваться в зрелые формы.
Экспериментальные усилия Дриша конкурировали с усилиями Вильгельма Ру (1850–1924), ведущего сторонника механики развития.
В середине девятнадцатого века также наблюдались улучшения в физиологии животных, особенно благодаря усилиям немецкой школы, связанной с Иоганном Мюллером (1801–1858), а затем благодаря новаторским усилиям Германа фон Гельмгольца (1821–1894). Все чаще работа в области физиологии, особенно работа Гельмгольца, в значительной степени опиралась на физические науки. Это исследование также подтвердило мнение о том, что жизнь подчиняется механистическим принципам и сводится к таким наукам, как химия и физика. Сторонники этой точки зрения все больше доминировали в физиологии, ярким примером является Жак Леб (1859 г.).–1924), немецко-американский биолог, наиболее связанный с механистическими и редукционистскими подходами к биологии. Его эссе в «Механистическая концепция жизни » (1912) резюмировали эту точку зрения.
Несомненно, важным событием в критический ранний период современной биологии было определение и признание эволюции как основанной в значительной степени на механистическом процессе естественного отбора.
Опираясь на ряд теорий трансмутации
(особенно у Бюффона, Ламарка и Роберта Чемберса [1802–1871]), Чарльза Дарвина (1809 г.–1882) и Альфред Рассел Уоллес (1823–1913) независимо друг от друга сформулировали схожие теории изменения видов посредством механизма естественного отбора, совместно опубликовав свои идеи в докладе, прочитанном в Линнеевском обществе в 1858 году. Дарвин более полно сформулировал свою теорию в своей знаменитой работа «О происхождении видов путем естественного отбора, или сохранение привилегированных рас в борьбе за жизнь » (1859 г.). Хотя механизм эволюционных изменений продолжал сопротивляться полному пониманию учеными, тот факт, что жизнь на Земле имела эволюционную историю, стал общепризнанным к концу девятнадцатого века. Поскольку механизм оставался неопределенным, эволюционная теория оставалась спорной в последние десятилетия девятнадцатого века. Предлагаемые альтернативные механизмы включали неоламаркизм, направленную эволюцию, аристогенез и теорию мутаций — совершенно новую теоретическую формулировку, основанную на новой экспериментальной науке генетики.
Начало двадцатого века часто называют «затмением Дарвина» не столько потому, что он впал в немилость, сколько потому, что предпочтение отдавалось альтернативам его теории естественного отбора.
В период между 1930 и 1950 годами ученые убедились в механизме естественного отбора, объединив знания менделевской генетики о наследственности с открытиями из традиционных областей естественной истории, таких как систематика, ботаника и палеонтология, чтобы сформулировать то, что было названо «синтетическим отбором». теория эволюции». В это время эволюционная биология была организована как дисциплина для изучения процесса эволюции с различных точек зрения. Этот «эволюционный синтез» — объединение дарвиновской теории отбора с новой менделевской генетикой — общепризнанно считается важным событием в истории биологии двадцатого века. С созданием синтетической теории эволюции ученые почувствовали, что возникла зрелая, единая современная наука биология. Феодосий Добржанский, чья собственная работа в области эволюционной генетики послужила катализатором этого синтеза, утверждал, что эволюция прошла долгий путь к объединению биологии.
Большая часть работы биологов двадцатого века послужила интеграции биологии. Кроме того, новые технологии (такие как первые электронные микроскопы в 1930-х годах), а также разработки и усовершенствования существующих технологий привели к ошеломляющему количеству новых открытий в двадцатом веке. В 1895 году голландский биолог Мартинус Бейеринк (1851–1931) назвал то, что сейчас известно как вирусы — крошечные живые агрегаты белков и нуклеиновых кислот — «фильтрующимися агентами», потому что они проходят через фильтры тонкой очистки, которые могут содержать бактерии. Было известно, что эти фильтрующиеся агенты могут вызывать заболевания, но их структура была неизвестна до 19 века.35, когда У. М. Стэнли (1904–1981) впервые кристаллизовал вирус табачной мозаики. Это открыло путь к дальнейшим исследованиям вирусов как возбудителей болезней, белков и нуклеиновых кислот как единственных компонентов этой очень простой формы жизни, а также биохимических методов, используемых для проведения этих исследований.
К концу 1930-х годов набирали обороты молекулярная биология и биохимия. Редукционистские, механистические подходы этих наук еще больше подтолкнули биологическое мышление к жизни в этих направлениях. Был большой интерес к молекулярной структуре важных белков, таких как инсулин, структура которого была определена в 1955 Фредерика Сэнгера (р. 1918), а также о роли белков и нуклеиновых кислот в репродукции и генетике.
В 1953 году виталистические подходы и философии получили два удара. Во-первых, открытие структуры ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) Розалиндой Франклин (1920–1958), Морисом Уилкинсом (1916 г.р.), Джеймсом Д. Уотсоном (1928 г.р.) и Фрэнсисом Криком (1916–2004). механизм репликации генетического материала стал понятным на макромолекулярном уровне и сдвинул генетику в сторону молекулярной генетики. Открытие структуры ДНК произвело революцию в биологии больше, чем какое-либо другое открытие в современной биологии, не только из-за полученных теоретических знаний, но и из-за потенциальных применений этих знаний.
Второй телесный удар по витализму был нанесен в том же году известием о знаменитом эксперименте Стэнли Миллера (р. 1930) и Гарольда К. Юри (1893–1981), моделирующего зарождение жизни в ранних условиях на Земле. Чикагский университет. Миллер и Юри поместили компоненты ранней атмосферы Земли (метан, аммиак и газообразный водород) в стеклянный сосуд и применили к нему высокоэнергетический электрический разряд, «поджигая» его, чтобы имитировать молнию. Емкость с кипящей водой постоянно поставляет водяной пар и тепло. Охлаждающий и конденсирующийся водяной пар имитировал дождь. Дав прибору поработать несколько часов, а затем и недель, Миллер и Юри собрали коричнево-красное пастообразное вещество и химически проанализировали его, чтобы выявить ряд аминокислот, строительных блоков белков и других макромолекул, обычно связанных только с живыми существами. организмы. Таким образом, эксперимент Миллера-Юри предоставил доказательства того, что основные строительные блоки жизни могли быть созданы в условиях, существовавших в ранней атмосфере Земли.
Последующие эксперименты, имитирующие условия на других планетах, подтвердили точку зрения, что жизнь могла также возникнуть в космосе, на других планетах или везде, где обнаруживаются подобные условия. Для этой области исследований, объединяющей исследования происхождения жизни на Земле с исследованиями существования и специфики жизни на других планетах, молекулярный генетик Джошуа Ледерберг (р. 19 г.25) ввел термин «экзобиология», биология организмов вне Земли. Родственной ей наукой является эзобиология, или земная биология.
После Второй мировой войны произошел бум биологии, а вместе с ним появились новые общества и институты для организации растущей науки. В 1947 г. в США была создана первая зонтичная организация биологических наук — Американский институт биологических наук. Другие учреждения, такие как Национальный научный фонд в США, создали крупные подразделения (и бюджеты) для финансирования исследований в области биологических наук. Оба направления помогли определить направление и характер последующих биологических исследований.
Как и во многих других науках в послевоенный период, доминирующее место деятельности в биологических науках переместилось из ее старых европейских центров в Германии, Франции и Англии в Соединенные Штаты. В разгар холодной войны советский запуск спутника заставил запаниковавшее правительство США предложить еще более сильную поддержку научным исследованиям. Биологические науки тоже выиграли от такого поворота событий и получили щедрое финансирование для исследований и биологического обучения. Учебники, такие как популярное исследование учебных программ по биологическим наукам, опирались на виртуальную индустрию биологов и педагогов для создания серии широко читаемых и влиятельных учебников для американских старшеклассников. Исследования в Соединенных Штатах продолжались в специализированных исследовательских центрах, таких как Колд-Спринг-Харбор (в 2004 г. центр молекулярной биологии), и в более традиционных исследовательских учреждениях, включая государственные и частные университеты, колледжи, предоставляющие земельные участки, больницы и медицинские центры, музеи и сады.
. В университетском образовании биология как предмет считается настолько важной, что она стала обязательной для общеобразовательных программ. Он быстро становится одной из самых популярных специальностей для студентов университетов не только в Соединенных Штатах, но и во всем мире.
Несмотря на доводы в пользу единства все более разнообразных биологических наук, между биологами вспыхивают споры и споры о фундаментальных концепциях биологических наук. Различия особенно заметны между более редукционистскими, физикалистскими, лабораторными и экспериментальными науками, такими как молекулярная биология и биохимия, и более интегративными, полевыми, наблюдательными и историческими науками, такими как эволюционная биология и экология. В середине 1960-х факультеты биологии университетов разделились из-за различий в концептуальных основах, целях, методологии, философии и научном стиле. В результате в таких местах, как Гарвардский университет, факультеты биологии формально разделены на факультеты молекулярной биологии и биологии организмов, область, определяемая как интегративный подход к биологическим наукам, который включает сильный исторический и экологический компонент.
Примерно в это же время экология — наука огромного
неоднородность, основанная на ряде подходов, практик и методологий и уходящая корнями в вопросы, касающиеся адаптивных реакций на различные среды, стала интегрированной с эволюционными подходами и внедрена на факультетах экологии и эволюции. Часто в отделах экологии и эволюции находятся исследования систематики и биоразнообразия — более новая область, связанная с биоразнообразием, включая классификацию и сохранение.
В 1961 году биолог-эволюционист, историк и философ Эрнст Майр, размышляя о некоторых из этих растущих различий между биологами, провокационно предположил, что биология на самом деле состоит из двух наук. Первая — это биология, основанная на непосредственных причинах, отвечающая на вопросы функции (молекулярная биология, биохимия и физиология). Вторая — это биология, основанная на конечных причинах, которая ищет исторического объяснения (эволюционная биология, систематика и более широкая дисциплина организменной биологии).
В то время как биология непосредственных причин является редукционистской и физикалистской, биология конечных причин исторична и характеризуется эмерджентными свойствами. Многие размышления Майра о структуре биологических наук легли в основу истории и философии биологии и вошли в некоторые учебники по биологическим наукам. В то время как витализм больше не работает в биологии, существует значительная поддержка веры в то, что сложные свойства возникают из более простых слоев в биологии, и идеи, что такие возникающие свойства полезны для объяснения жизни.
Аллен, Гарланд. Науки о жизни в двадцатом веке. Нью-Йорк: Wiley, 1975.
Аппель, Тоби. Формирование биологии: Национальный научный фонд и американские биологические исследования, 1945–1975. Балтимор: Издательство Университета Джона Хопкинса, 2000.
Кэрон, Джозеф. «Биология в науках о жизни: историографический вклад». История науки 26 (1988): 223–268.
Коулман, Уильям. Биология в девятнадцатом веке: проблемы формы, функции и трансформации.
Нью-Йорк: Wiley, 1971.
Добжанский, Феодосий. «Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции». Американский учитель биологии 35 (1973): 125–129.
Фарли, Джон. Гаметы и споры: представления о половом размножении, 1750–1914 гг. Балтимор: Издательство Университета Джона Хопкинса, 1982.
——. Споры о спонтанном порождении от Декарта до Опарина. Балтимор: Издательство Университета Джона Хопкинса, 1977.
Ленуар, Тимоти. Стратегия жизни. Чикаго: University of Chicago Press, 1989.
Леб, Жак. Механистическая концепция жизни. Чикаго: University of Chicago Press, 1912.
Лавлок, Джеймс. Эпоха Гайи: биография нашей живой Земли. Нью-Йорк: Нортон, 1988.
Майр, Эрнст. «Причина и следствие в биологии». Наука 134 (1961): 1501–1506.
——. Рост биологической мысли: разнообразие, эволюция и наследование. Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета, 1982.
——. Это биология: наука о живом мире. Кембридж, Массачусетс: издательство Гарвардского университета, 1997.
Мур, Джон А. Наука как способ познания: основы современной биологии. Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета, 1993.
Мортон, А. Г. История ботанической науки: отчет о развитии ботаники с древних времен до наших дней. Нью-Йорк: Academic Press, 19.81.
Норденшельд, Эрик. История биологии. Нью-Йорк: Тюдор, 1936.
Найхарт, Линн. Биология принимает форму: морфология животных и немецкие университеты, 1800–1900 гг. Чикаго: University of Chicago Press, 1995.
Поли, Филип Дж. Биологи и обещание американской жизни. Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета, 2000.
——. Управление жизнью: Жак Леб и инженерный идеал в биологии. Беркли: University of California Press, 19.87.
Пинто-Коррейя, Клара. Яичник Евы: яйцеклетка, сперма и преформация.