Биология в эпоху Возрождения

 Огромную роль для развития ботаники сыграло изобретение микроскопа. Совершенствование оптики позволило познакомиться с тонким строением различных частей растения; благодаря исследованиям М. Мальпиги и Н. Грю формируется представление о растительных тканях.

Микроскопическое строение молодого плода абрикоса, рисунок  из "Анатомии растений" Н. Грю.

Запросы сельского хозяйства, необходимость повышения урожайности  стимулировали становление физиологии растений, не случайно первые фитофизиологические  изыскания касались преимущественно  проблем питания растений. В XVII в. в практику физиологов растений активно  входит эксперимент. Правда, первые эксперименты были еще очень несовершенны, ботаникам  приходилось ограничиваться непосредственными  наблюдениями над самими растениями, низкий уровень развития физики и  химии того времени зачастую не позволял корректно разрешить поставленную задачу. В результате, например, хотя идеи минерального плодородия почв впервые  встречаются в работе Б. Палисси (1563 г.), вплоть до начала XIX в. среди ученых преобладала водная теория питания растений — идея о том, что для питания растений достаточно одной чистой воды.

Ясные и полные экспериментальные  доказательства наличия пола у растений были приведены немецким ученым Р. Камерариусом (1665-1721).

 

2.4 Развитие систематики

Быстрый рост числа вновь  описанных животных и растений привел к необходимости создания стройной системы живого. Упорядочиванию хаоса способствовало введение бинарной номенклатуры. Представление о виде — базовой единице систематики — менялось со временем, подчиняясь общим тенденциям развития биологической мысли.

Уникальные возможности, открывшиеся перед биологами  в связи с эпохой географических открытий, привели к тому, что  ботаники и зоологи стали описывать  огромное количество новых удивительных форм животных и растений. Нередко  один и тот же вид описывался разными  исследователями под разными  названиями или, наоборот, под одним  и тем же именем у разных ученых фигурировали весьма непохожие друг на друга организмы; для упорядочения этой путаницы требовался единый принцип  называния живых существ.

Исторически сложилось так, что международным биологическим  языком стала латынь; если местные  названия животного и растения могли  варьировать, то латинское имя было уникальным, присущим лишь этому виду именем.

Кувшинка Urania.

Удачным разрешением  проблемы названий видов явилось  введение бинарной номенклатуры. Впервые  этот принцип был предложен в 1623 г. Каспаром Баугином; дальнейшую разработку проблемы  находят в трудах Дж. Рея (1628-1705), а как обязательное условие для описания любого органического вида бинарная номенклатура была введена К. Линнеем (1707-1778). Суть принципа бинарной номенклатуры состоит в том, что каждый вид обозначается двумя латинскими словами — родовым и видовым названиями (полное имя включает в себя также фамилию автора и год описания вида). К. Линней, кроме того, ввел принцип синонимики — ученые были теперь обязаны цитировать ранее существовавшие названия систематических групп.

 

Иерархия  систематических единиц

 

К. Линней, по праву считающийся отцом-основателем систематики, разработал принцип классификации биологических объектов. Близкие виды он группировал в рода, близкие рода — в отряды, а близкие отряды — в классы. Так, например, растения были разделены им на 24 класса, насчитывавшие 116 отрядов, 1260 родов и около 7 тысяч видов.

Иерархическая система таксонов не только упорядочивала разнообразие живых форм. Не будучи эволюционистом, К. Линней в сильнейшей степени способствовал  утверждению мысли о том, что  соседние — расположенные на одной "ветви" древовидной структуры  — таксоны связаны не только сходством, но и родством; чем дальше расположены  в системе таксоны, тем меньше степень их родства.

 

Понятие вида в биологии.

Проблема вида — одна из сложнейших в биологии, полностью  не разрешенная и поныне, имеет  богатую историю. Каждая эпоха, исходя из общего уровня биологических знаний и предпочтений того или иного  ученого, выдвигала собственные  представления об этом понятии.

Представление о виде как  о биологической категории обязано  своим возникновением Дж. Рею (1628-1705). Дж. Рей предложил объединять особи, в виды исходя из двух признаков — внешнего сходства и способности размножаться, скрещиваясь между собой и передавая свои признаки потомкам.

К. Линней развил идею о виде; он утверждал, что вид — универсальная, объективно существующая в природе категория. Основным критерием вида он также считал морфологическое сходство — организмы, отнесенные к одному виду, не должны отличаться друг от друга более, чем различаются дети одних родителей; они также должны воспроизводить свои признаки в потомстве. К. Линней полагал, что в большинстве своем виды устойчивы и неизменны, хотя изредка новые виды могут возникнуть в результате гибридизации уже существующих. На практике теоретические рассуждения К. Линнея преломлялись в типологическую концепцию вида: для того, чтобы отнести данный организм к тому или иному виду, его необходимо было сличить с типовыми образцами оных, хранящимися в музеях.

 

2.5 Развитие микроскопии

 

Развитие оптики позволило  сконструировать в XVII в. микроскоп  — прибор, оказавший поистине революционное  действие на развитие биологии. Микроскопия  открыла для исследователей мир  простейших и бактерий. Изучение доселе недоступных деталей строения животных, растений и грибов показало, что  в основе всего живого лежит универсальное  крошечное образование — клетка.

Изобретение и усовершенствование микроскопа.

К микроскопам в современном  понимании относится лишь "сложный" микроскоп — прибор, состоящий  из двух систем линз: окуляра и объектива. Но на заре микроскопии широко использовались и "простые" микроскопы, которые  сегодня мы назвали бы лупой.

Один из первых сложных  микроскопов был сконструирован в 1609-1610 гг. Галилеем как видоизмененный телескоп. Современный сложный микроскоп  ведет свое происхождение от английских или голландских двухлинзовых микроскопов начала XVII в. Объекты в них рассматривались при дневном освещении в падающем свете; приспособления для наведения на фокус отсутствовали.

Микроскоп Р. Гука.

Первое крупное  усовершенствование сложного микроскопа связано с именем английского физика Роберта Гука (1635-1703). Улучшения затронули как оптику, так и особенности механической конструкции. Принципиально новой явилась и придуманная ученым система искусственного освещения объекта.

Блоха, зарисованная Р. Гуком.

 

 

 

 

Тайны микромира

        Учитывая все недостатки ранних конструкций микроскопов и крайне медленное развитие техники изготовления микропрепаратов, можно лишь изумляться тому, как много смогли увидеть и правильно понять первые исследователи микромира.

Простой микроскоп       А. Левенгука.

Перед микроскопистами открылся новый, дотоле недоступный мир. С энтузиазмом первооткрывателей они кладут под микроскоп буквально все, что попадается им под руку — кончик иглы и зубной налет, батист и капли дождя. Открытия следуют одно за другим.

Рассматривая каплю воды из канавы, А. Левенгук, один из талантливейших микроскопистов-любителей, впервые увидел простейших; исследователь изначально не сомневался в животной природе этих крошечных одноклеточных созданий, ведь ему удалось рассмотреть не только строение многих из них, но и способы движения и даже размножения.

В 1683 г. А Левенгук обнаружил создания еще мельче простейших. Хотя его описание весьма расплывчато, вполне вероятно, что А. Левенгук впервые в истории человечества увидел то, что позднее получило название бактерий. Лишь в 1773 г., почти через 100 лет после первых наблюдений А. Левенгука, датскому зоологу О.Ф. Мюллеру (1730-1784) удалось настолько хорошо рассмотреть бактерий, что он смог описать очертания и формы нескольких из них.

Появление микроскопа значительно расширило возможности изучения индивидуального развития. В 1677 г. А. Левенгук совместно со студентом-медиком И. Гамом открыл сперматозоиды. Р. де Грааф установил, что женская половая железа млекопитающих, подобно яичнику птиц, продуцирует яйца. На самом деле ученый обнаружил фолликулы (истинная яйцеклетка млекопитающих была открыта К. Бэром лишь в 1827 г.), но идея о наличии яйца у млекопитающих приблизила разрешение вопроса о сущности оплодотворения.

Микроскопическое  строение древесины   по М. Мальпиги

Применение микроскопа позволило детально изучить микроскопическую структуру различных органов животных. М. Мальпиги (1628-1694) обнаружил капилляры; это удачно дополняло учение В. Гарвея о кругах кровообращения. Применив метод окрашивания кровеносных сосудов путем инъекции, М Мальпиги описал микроскопическое строение легких, печени, почек, селезенки. Более подробно строение органов выделения было изложено А.М. Шумлянским в его работе "О строении почек" (1782). А. Левенгук впервые описал красные кровяные тельца — эритроциты.

Микроскопическая анатомия растений почти одновременно привлекла  к себе внимание двух исследователей — М. Мальпиги и Н. Грю. Н. Грю ввел в анатомию растений понятие о тканях, сравнивая скопление однородных клеток с тканями одежды. Представления о подлинном значении клеток возникло существенно позже, вместе с тем уже в конце XVII в. благодаря работе Н. Грю укрепилось представление о "пузырьках" как о каких-то элементарных структурах, из которых построены структурные комплексы высшего порядка.

Строение личинки поденки, рисунок из "Библии природы" Я. Сваммердама

Ян Сваммердам прославился исключительным искусством препаровки мелких объектов, особенно насекомых. Я. Сваммердам изучил строение насекомых, их развитие и метаморфоз. По характеру метаморфоза он предложил разделить этих животных на несколько групп. Микромир оказался настолько необычен, что далеко не сразу ученые смогли полностью осознать увиденное. Сперматозоидов, например, вначале принимали за простейших, паразитирующих в сперме. Особенно ярко это непонимание заметно в истории создания клеточной теории.

 

 

 

 

3. Итоги биологических  открытий эпохи Возрождения 

Огромная описательная накопительная работа, проведенная в XIV-XVII вв. в биологии, имела важные последствия.

Во-первых, она вскрыла реальное многообразие растительных и животных форм и наметила общие пути их систематизации. Если в ранних ботанических описаниях еще отмечается множество непоследовательностей и отсутствуют четкие принципы систематизации и классификации, то уже К. Баугин закладывает программу создания искусственной систематики, а И. Юнг дает теоретический ориентир на развитие естественной систематики растений, получивший развитие в трудах Р. Моррисона и Дж. Рэя.

В это же время осуществляется и систематизация зоологического материала, прежде всего такими учеными-энциклопедистами, как К. Геснер и У. Альдрованди. Закладываются основы частных отраслей зоологии - энтомологии (Т. Моуфет), орнитологии (П. Белон), ихтиологии (Г. Рондель). Сильнейший импульс развитию зоологии был дан изобретением микроскопа. Обнаружение мира микроорганизмов А. ван Левенгуком оказало поистине революционизирующее влияние на развитие биологии, а Ф. Стелутти одним из первых применил микроскоп для изучения анатомии животных, в частности насекомых.

Во-вторых, накопительная биологическая работа в XIV- XVII вв. значительно расширила сведения о морфологических и анатомических характеристиках организмов. В трудах Р. Гука, Н. Грю, Я. Гельмонта, М. Мальпиги и др. получила развитие анатомия растений, были открыты клеточный и тканевый уровни организации растений, сформулированы первые догадки о роли листьев и солнечного света в питании растений. Установление пола у растений и внедрение экспериментального метода в ботанику - заслуга Р.Я. Камерариуса; садовод Т. Ферчаильд (не позже 1717 г.) создал первый искусственный растительный гибрид (двух видов гвоздики). На основе искусственной гибридизации совершенствовались методы искусственного опыления, закладывались отдаленные предпосылки генетики.

Важной вехой в развитии анатомии стало творчество А. Везалия, исправившего ряд крупных ошибок, укоренившихся в биологии и медицине со времен античности. М. Сервет, павший жертвой протестантского религиозного фанатизма, и У. Гарвей исследовали  проблему кровообращения. У. Альдрованди обратился к традиции античной эмбриологии, а его ученик В. Койтер, систематически изучая развитие куриного зародыша, заложил основы методологии экспериментального эмбриологического исследования. Г. Фаллопий и Б. Евстахий проводят сравнение структуры человеческого зародыша и взрослого человека, соединяя тем самым анатомию с эмбриологией. На аристотелевско-телеологической основе формировались первые теоретические концепции в эмбриологии (Фабриций из Аквапенденге). В XVII в. складывается синтез анатомии и физиологии, возникает предпосылки структурно-функционального подхода (Г. Азелли, Ж. Покэ, Ф. Глиссон, Р. дс Грааф и др.)