Биология как наука. Методы научного познания

1)Биология как наука. Методы научного познания.

Биология — это комплекс наук о живой природе, который изучает строение и функции живых существ, их разнообразие, происхождение и развитие, а также взаимодействие с окружающей средой. В этот комплекс входят как общебиологические, так и таксономические науки.

Общебиологические науки изучают свойства жизни, проявляющиеся на всех уровнях ее организации( генетика, цитология , гистология, эмбриология и биология развития, экология и др.). Изучением общих свойств жизни занимаются некоторые пограничные науки, возникшие на стыке биологии и других наук (биологическая химия и молекулярная биология, биофизика  и др).

 Таксономические  науки изучают строение и процессы  жизнедеятельности отдельных таксономических  групп организмов. В зависимости  от объекта исследования выделяют  несколько наук: ботаник, зоологию, микологию ,микробиологию, вирусологию и др. Таксономические науки, в свою очередь, могут включать частные науки, изучающие отдельные систематические группы организмов(орнитология, ихтиология). В связи с применением биологических знаний в практической деятельности человека сформировались такие отраслевые дисциплины, как биотехнология — использование живых организмов в производстве ценных для человека продуктов, агробиология — применение биологических знаний для правильного проведения агротехнических мероприятий, селекция — разработка методов создания сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с учетом биологических особенностей организмов и закономерностей их взаимодействия с окружающей средой.

 Методы исследования в биологии:

Научный метод – совокупность приемов и операций, используемых при построении системы научных знаний.

1. Описательный метод.  В основе его лежит наблюдение. Самый древний метод исследования. Он не потерял своего значения и сейчас. Например, он используется при открытии новых видов или изучении клеток с помощью современных методов исследования.
2. Сравнительный метод. Заключается в сравнении многообразии живых форм, их анализе, систематике, синтезе и обобщении. В наше время этот метод так же хорошо применяется в различных отраслях биологии.
3. Исторический метод. Изучение филогенеза, исторического развития организмов, их жизнедеятельности, эволюции. Этот метод позволяет осмыслить полученные данные, сопоставить их с ранее известными результатами. Этот метод позволил превратить биологию из науки описательной в науку, объясняющую, как произошли и как функционируют живые системы.
4. Экспериментальный метод. Постановка опытов, моделирование процессов в живых системах. Важно соблюдение точных условий эксперимента – его воспроизводимость другими учеными. В 20 веке экспериментальный метод стал ведущим в биологии. Это стало возможно благодаря появлению новых приборов для биологических исследований. Этот метод расширил познавательные возможности биологии и открыл новые пути для использования биологических знаний во всех сферах человеческой деятельности.

 

 

Методы познания:

• Индуктивный. От частного к общему. Метод используется в естествознании и естествоиспытании. Так создаются  гипотезы, концепции, теории и законы.
• Дедуктивный. От общего к частному. Широко используется в профессиональной деятельности, в том числе врачами и провизорами.

 

2) Жизнь. Свойства живого. Формы жизни.

Жизнь - это вид взаимодействия материи, основным отличием которого от других известных видов взаимодействий материи является наличие объектов (генетических объектов), которые определяют процесс синтеза из потребляемой материи объектов с подобным набором генетических объектов.

Ф. Энгельса: "Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ, с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка"

Свойства  живого:

1. 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

2. Обмен веществ. К обмену веществ с окружающей средой способны все живые организмы. Они поглощают из среды элементы питания и выделяют продукты жизнедеятельности.В круговороте органических веществ самыми существенными являются процессы синтеза и распада (ассимиляция и диссимиляция), в результате которых сложные вещества распадаются на более простые и выделяется энергия, необходимая для реакций синтеза новых сложных веществ. 
Обмен веществ обеспечивает относительное постоянство химического состава всех частей организма и как следствие – постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.

3. Самовоспроизведение (репродукция, размножение) – свойство организмов воспроизводить себе подобных. Процесс самовоспроизведения осуществляется практически на всех уровнях жизни. Существование каждой отдельно взятой биологической системы ограничено во времени, поэтому поддержание жизни связано с самовоспроизведением. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, обусловленное информацией, заложенной в нуклеиновой кислоте – ДНК, которая находится в родительских клетках.

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

5. Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства; в ее основе лежат изменения материальных структур наследственности. Это свойство как бы противоположно наследственности, но вместе с тем тесно связано с ней. 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.

6. Рост и развитие. Способность к развитию – всеобщее свойство материи. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой и неживой природы. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта, изменяется его состав или структура. 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 ее отдельных органов за счет увеличения размеров и количества клеток.  
Историческое развитие сопровождается образование новых видов и прогрессивным усложнением жизни. В результате эволюции возникло все многообразие живых организмов на Земле.

7. 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 (тропизмы).

8. Дискретность (от лат. discretus – разделенный). Любая биологическая система состоит из отдельных изолированных, то есть обособленных или отграниченных в пространстве, но тем не менее, тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Так, любая особь состоит из отдельных клеток с их особыми свойствами, а в клетках также дискретно представлены органоиды и другие внутриклеточные образования.  
Дискретность строения организма – основа его структурной упорядоченности. Она создает возможность постоянного самообновления системы путем замены износившихся структурных элементов без прекращения функционирования всей системы в целом.

9. Саморегуляция (авторегуляция) – способность живых организмов поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов (гомеостаз). Саморегуляция осуществляется благодаря деятельности нервной, эндокринной и некоторых других регуляторных систем. Сигналом для включения той или иной регуляторной системы может быть изменение концентрации какого-либо вещества или состояния какой-либо системы.

10. Ритмичность – свойство, присущее как живой, так и неживой природе. Оно обусловлено различными космическими и планетарными причинами: вращением Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси, фазами Луны и т.д.  
Ритмичность проявляется в периодических изменениях интенсивности физиологических функций и формообразовательных процессов через определенные равные промежутки времени. Хорошо известны суточные ритмы сна и бодрствования у человека, сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих и многие другие. Ритмичность направлена на согласование функций организма с периодически меняющимися условиями жизни.

11. Энергозависимость. Биологические системы являются «открытыми» для поступления энергии. Под «открытыми» понимают динамические, т.е. не находящиеся в состоянии покоя системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним веществ и энергии извне. Живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступают из окружающей среды энергия и вещества в виде пищи. В большинстве случаев организмы используют энергию Солнца: одни непосредственно – это фотоавтотрофы (зеленые растения и цианобактерии), другие опосредованно, в виде органических веществ потребляемой пищи, – это гетеротрофы(животные, грибы и бактерии).

 

 

3) Эволюционно-обусловленные уровни организации биологических систем

Молекулярный уровень организации - это уровень функционирования биологических макромолекул - биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов, стероидов. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности: обмен веществ, превращение энергии, передача наследственной информации. Этот уровень изучают: биохимия, молекулярная генетика, молекулярная биология, генетика, биофизика.

Клеточный уровень- это уровень клеток (клеток бактерий, цианобактерий, одноклеточных животных и водорослей, одноклеточных грибов, клеток многоклеточных организмов). Клетка - это структурная единица живого, функциональная единица, единица развития. Этот уровень изучают цитология, цитохимия, цитогенетика, микробиология.

Тканевый уровень организации - это уровень, на котором изучается строение и функционирование тканей. Исследуется этот уровень гистологией и гистохимией.

Органный уровень организации - это уровень органов многоклеточных организмов. Изучают этот уровень анатомия, физиология, эмбриология.

Организменный уровень организации - это уровень одноклеточных, колониальных и многоклеточных организмов. Специфика организменного уровня в том, что на этом уровне происходит декодирование и реализация генетической информации, формирование признаков, присущих особям данного вида. Этот уровень изучается морфологией (анатомией и эмбриологией), физиологией, генетикой, палеонтологией.

Популяционно-видовой уровень - это уровень совокупностей особей - популяций и видов. Этот уровень изучается систематикой, таксономией, экологией, биогеографией, генетикой популяций. На этом уровне изучаются генетические и экологические особенности популяций, элементарные эволюционные факторы и их влияние на генофонд (микроэволюция), проблема сохранения видов.

Экосистемный уровень организации - это уровень микроэкосистем, мезоэкосистем, макроэкосистем. На этом уровне изучаются типы питания, типы взаимоотношений организмов и популяций в экосистеме, численность популяций, динамика численности популяций, плотность популяций, продуктивность экосистем, сукцессии. Этот уровень изучает экология.

Биосферный уровень - организации живой материи. Биосфера - это гигантская экосистема, занимающая часть географической оболочки Земли. Это мега-экосистема. В биосфере происходит круговорот веществ и химических элементов, а также превращение солнечной энергии. Это самый высокий уровень, без чего невозможна жизнедеятельность организмов, обитающих на Земле.

 

 

 

Фазы гетеротрофной ассимиляции.

Фазы ассимиляции:

1)Поглощение и переваривание питательных веществ.

2)Транспорт веществ в клетку.

Поступление веществ происходит через мембрану.

3)Синтез веществ в клетке.

Белки будучи ферментами контролируют синтез углеводов, липидов и самих себя.