Конспект урока: Признаки живого. Биологические науки. Методы биологии. Уровни организации живой природы. Роль биологии в формировании картины мира

Биология как наука и её основные направления развития

Рис. 1. Портрет Ж. Б. Ламарка

Предметом биологии являются все проявления жизни: строение и функции живых существ, их разнообразие, происхождение и развитие, а также взаимодействие с окружающей средой. Основная задача биологии как науки состоит в истолковании всех явлений живой природы на научной основе, учитывая при этом, что целостному организму присущи свойства, в корне отличающиеся от его составляющих.

 

Термин «биология» встречается в трудах немецких анатомов Т. Роозе (1779) и К. Ф. Бурдаха (1800), однако только в 1802 году он был впервые употреблён независимо друг от друга Ж. Б. Ламарком и Г. Р. Тревиранусом для обозначения науки, изучающей живые организмы.

В настоящее время в биологии оформилось несколько направлений. Все они тесно связаны между собой. 

1. Классическая биология , к которой относятся дисциплины, изучающие многообразие живых организмов, их жизнедеятельность и взаимодействие в природе. Классическая биология представлена, к примеру, ботаникой и зоологией. 
    
2. Физико-химическая биология , к которой относятся многочисленные науки, например биохимия, физиология, биофизика. Их исследования базируются на физических и химических методах и проводятся главным образом в лабораторных условиях.
    
3. Эволюционная биология изучает появление организмов на Земле, причины происходящих с ними изменений, их исчезновение.
    
4. Экологическая биология изучает сложные законы взаимосвязи различных видов между собой и между ними и средой обитания.
    
5. Медицинская биология решает проблемы возникновения и лечения болезней человека, ищет возможности продления жизни, повышения её качества.

Признаки живых организмов

Живые организмы имеют общие признаки:

Клеточное строение и единство химического состава . В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. В живых организмах 98 % элементарного (атомного) состава приходится на долю всего четырёх элементов: углерода, кислорода, азота и водорода.

Обмен веществ . К обмену веществ с окружающей средой способны все живые организмы. Они поглощают из среды элементы питания и выделяют продукты жизнедеятельности и являются открытыми системами.

Самовоспроизведение  (репродукция, размножение) — свойство организмов воспроизводить себе подобных. Процесс самовоспроизведения осуществляется практически на всех уровнях жизни. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, обусловленное информацией, заложенной в нуклеиновой кислоте — ДНК, которая находится в родительских клетках.

Наследственность  — способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Наследственность обеспечивается стабильностью ДНК и воспроизведением её химического строения с высокой точностью. Материальными структурами наследственности, передаваемыми от родителей потомкам, являются хромосомы и гены.

Изменчивость  — способность организмов приобретать новые признаки и свойства. Изменчивость поставляет разнообразный материал для отбора особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования, что, в свою очередь, приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.

Рост и развитие . Развитие живой формы материи представлено индивидуальным развитием (онтогенезом) и историческим развитием (филогенезом). Филогенез всего органического мира называют  эволюцией .

На протяжении онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организмов. В основе этого лежит поэтапная реализация наследственных программ. Индивидуальное развитие часто сопровождается ростом — увеличением линейных размеров и массы всей особи и её отдельных органов за счёт увеличения размеров и количества клеток.

Раздражимость  — это специфические избирательные ответные реакции организмов на изменения окружающей среды. Всякое изменение окружающих организм условий представляет собой по отношению к нему раздражение, а его ответная реакция является проявлением раздражимости. 

Отвечая на воздействия факторов среды, организмы взаимодействуют с ней и приспосабливаются к ней, что помогает им выжить.

Реакции многоклеточных животных на раздражители, осуществляемые и контролируемые центральной нервной системой, называются  рефлексами . Организмы, не имеющие нервной системы, лишены рефлексов, и их реакции выражаются в изменении характера движения (таксисы) или роста.

Саморегуляция  — способность живых организмов поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов (гомеостаз). 

Необходимо подчеркнуть, что все живые существа обладают полным набором этих признаков.

Все живые организмы объединяются в 4 царства: бактерии, грибы, растения и животные. К последнему относится и человек.

Методы исследования биологии

Как и любая другая наука, биология имеет свой арсенал методов. Помимо научного метода познания, применяемого в других отраслях, в биологии широко используются такие методы, как исторический, сравнительно-описательный и др.

Научный метод познания включает в себя наблюдение, формулировку гипотез, эксперимент, моделирование, анализ результатов и выведение общих закономерностей.

Наблюдение  — это целенаправленное восприятие объектов и явлений с помощью органов чувств или приборов, обусловленное задачей деятельности. Основным условием научного наблюдения является его объективность, т. е. возможность проверки полученных данных путём повторного наблюдения или применения иных методов исследования, например эксперимента. 

На основе данных наблюдений формулируется гипотеза  — предположительное суждение о закономерной связи явлений. Гипотеза подвергается проверке в серии экспериментов. 

Экспериментом  называется научно поставленный опыт — наблюдение исследуемого явления в контролируемых условиях, позволяющих выявить характеристики данного объекта или явления. 

Высшей формой эксперимента является  моделирование  — исследование каких-либо явлений, процессов или систем объектов путём построения и изучения их моделей. 

Результаты эксперимента и моделирования подвергаются тщательному анализу.  Анализом  называют метод научного исследования путём разложения предмета на составные части или мысленного расчленения объекта путём логической абстракции. 

Анализ неразрывно связан с синтезом.  Синтез  — это метод изучения предмета в его целостности, в единстве и взаимной связи его частей. 

В результате анализа и синтеза наиболее удачная гипотеза исследования становится  рабочей гипотезой , и если она способна устоять при попытках её опровержения и по-прежнему удачно предсказывает ранее необъяснённые факты и взаимосвязи, то она может стать теорией.

Под  теорией  понимают такую форму научного знания, которая даёт целостное представление о закономерностях и существенных связях действительности. 

Если теорию не способны изменить никакие факты, а встречающиеся отклонения от неё регулярны и предсказуемы, то её можно возвести в ранг  закона  — необходимого, существенного, устойчивого, повторяющегося отношения между явлениями в природе.

По мере увеличения совокупности знаний и совершенствования методов исследования гипотезы и прочно укоренившиеся теории могут оспариваться, видоизменяться и даже отвергаться, поскольку сами научные знания по своей природе динамичны и постоянно подвергаются критическому переосмыслению.

Исторический метод  выявляет закономерности появления и развития организмов, становления их структуры и функции. В ряде случаев с помощью этого метода новую жизнь обретают гипотезы и теории, ранее считавшиеся ложными. Так, например, произошло с предположениями Ч. Дарвина о природе передачи сигналов по растению в ответ на воздействия окружающей среды.

Сравнительно-описательный метод  предусматривает проведение анатомо-морфологического анализа объектов исследования. Он лежит в основе классификации организмов, выявления закономерностей возникновения и развития различных форм жизни.

Мониторинг  — это система мероприятий по наблюдению, оценке и прогнозу изменения состояния исследуемого объекта, в частности биосферы.

Проведение наблюдений и экспериментов требует зачастую применения специального оборудования, такого как микроскопы, центрифуги, спектрофотометры и др.

Микроскопия широко применяется в зоологии, ботанике, анатомии человека, гистологии, цитологии, генетике, эмбриологии, палеонтологии, экологии и других разделах биологии. Она позволяет изучить тонкое строение объектов с использованием световых, электронных, рентгеновских и других типов микроскопов.

Арсенал методов биологии постоянно обновляется, и в настоящее время охватить его полностью практически невозможно. Поэтому некоторые методы, используемые в отдельных биологических науках, будут рассмотрены далее.