Биология (греч. bіо-жизнь и logos - знание, учение, наука) - наука о живых системах. Многообразие живой природы настолько велико, что современная биология представляет собой комплекс наук (биологические науки), значительно отличающихся одна от другой. При этом каждая имеет собственный предмет изучения, методы, цели и задачи.
вирусология - наука о вирусах,
микробиология - наука о микроорганизмах,
микология - наука о грибах,
ботаника(фитология)— наука о растениях,
зоология - наука о животных,
антропология — наука о человеке,
цитология - наука о клетках,
гистология — наука о тканях,
анатомия - наука о внутреннем строении,
морфология - наука о внешнем строении,
физиология - наука о жизнедеятельности целостного организма и его частей,
генетика - наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими,
экология - наука об отношениях живых организмов между собой и окружающей их средой,
теория эволюции - наука об историческом развитии живой природы,
палеонтология - наука о развитии жизни в прошлые геологические времена,
биохимия - наука о химических веществах и процессах в живых организмах;
биофизика - наука о физических и физикохимических явлениях в живых организмах,
биотехнология - совокупность промышленных методов, позволяющих использовать живые организмы и отдельные их части для производства ценных для человека продуктов (аминокислот, белков, витаминов, ферментов, антибиотиков, гормонов и др.).
Селекция — наука о создании новых и улучшении существующих пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов.
Гигиена — область медицины, изучающая влияние условий жизни и труда на здоровье человека и разрабатывающая меры (санитарные нормы, правила и др.), направленные на предупреждение I заболеваний.
Санитария — система мероприятий, обеспечивающих охрану здоровья и профилактику различных заболеваний.
Биология принадлежит к комплексу естественных наук, то есть наук о природе. Она тесно связана с фундаментальными науками (математикой, физикой, химией), естественными (геологией, географией, почвоведением), общественными (психологией, социологией), прикладными (биотехнологией, растениеводством, охраной природы и др.).
Биологические знания используются в пищевой промышленности, фармакологии, сельском хозяйстве. Биология является теоретической основой таких наук, как медицина, психология, социология.
Достижения биологии должны использоваться при решении глобальных проблем современности: взаимоотношения общества с окружающей средой, рационального природопользования и охраны природы, продовольственного обеспечения и др.
Методы биологических исследований:
• методнаблюденияиописания(заключается в сборе и описании фактов);
• сравнительный метод (заключается в анализе сходства и различий изучаемых объектов);
• исторический метод (изучает ход развития исследуемого объекта);
• метод эксперимента (позволяет изучать явления природы в заданных условиях);
• метод моделирования (позволяет сложные природные явления описывать относительно простыми моделями).
Ученым М.В.Волькенштейном предложено следующее определение: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот».
Однако общепринятого определения понятия «жизнь» не существует, но можно выделить признаки (свойства) живой материи, отличающие ее от неживой.
1. Определенный химический состав. Живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы, однако соотношение этих элементов различно. Основными элементами живых существ являются С, О, Н и N.
2. Клеточное строение. Все живые организмы, кроме вирусов, имеют клеточное строение.
3. Обмен веществ и энергозависимость. Живые организмы являются открытыми системами, они зависят от поступления в них веществ и энергии из внешней среды.
4. Саморегуляция. Живые организмы обладают способностью поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность обменных процессов.
5. Раздражимость и психические функции. Живые организмы проявляют раздражимость, то есть способность отвечать на определенные внешние воздействия специфическими реакциями.
6. Наследственность. Живые организмы способны передавать признаки и свойства из поколения в поколение с помощью носителей информации - молекул ДНК и РНК.
7. Изменчивость. Живые организмы способны приобретать новые признаки и свойства.
8. Самовоспроизведение (репродукция). Живые организмы способны размножаться - воспроизводить себе подобных.
9. Индивидуальное развитие. Онтогенез - развитие организма от момента зарождения до смерти. Развитие сопровождается ростом.
10. Эволюционное развитие. Филогенез - развитие жизни на Земле с момента ее возникновения до настоящего времени.
11. Ритмичность. Живые организмы проявляют ритмичность жизнедеятельности (суточную, сезонную и др.), что связано с особенностями среды обитания.
12. Целостность и дискретность. С одной стороны, вся живая материя целостна, определенным образом организована и подчиняется общим законам; с другой стороны, любая биологическая система состоит из обособленных, хотя и взаимосвязанных элементов.
13. Иерархичность. Начиная от биополимеров (нуклеиновых кислот, белков) до биосферы в целом все живое находится в определенной соподчиненности. Функционирование биологических систем на менее сложном уровне делает возможным существование более сложного уровня (см. следующий параграф).
Иерархичность организации живой материи позволяет условно подразделить ее на ряд уровней:
1. Молекулярный уровень. Любая живая система состоит из биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, углеводов, жиров. С этого уровня начинаются
важнейшие процессы жизнедеятельности организма: кодирование и передача
наследственной информации, обмен веществ, превращение энергии.
2. Клеточный уровень. Клетка — это структурно-функциональная единица всего живого. Все живые организмы состоят из клеток, по количеству клеток организмы могут быть одноклеточные (бактерии, простейшие) или многоклеточные (грибы, растения, животные, человек).
3. Тканевый уровень. Ткань — это совокупность клеток и межклеточного вещества, имеющих общие происхождение, строение и выполняющих одинаковую функцию. В животных организмах выделяют четыре основных типа ткани: эпителиальную, соединительную, мышечную и нервную. В растениях различают образовательные, покровные, проводящие, механические, основные и выделительные (секреторные) ткани.
4.Органный уровень. Орган — это обособленная часть организма, имеющая определенную форму, строение, расположение и выполняющая конкретную функцию. Орган, как правило, образован несколькими тканями, среди которых одна (две) преобладает.
5.Организменный (онтогенетический) уровень. Организм — это целостная одноклеточная или многоклеточная живая система, способная к самостоятельному существованию. Многоклеточный организм образован совокупностью тканей и органов. Существование организма обеспечивается путем под держания гомеостаза (постоянства структуры, химического состава и физиологических параметров) в процессе взаимодействия с окружающей средой.
6. Популяционно-видовой уровень. Популяция — совокупность особей одного вида, в течение длительного времени проживающих на определенной территории, внутри которой осуществляется в той или иной степени случайное скрещивание. Вид — совокупность особей, сходных по строению,
имеющих общее происхождение, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство.
7. Биогеоценотический (экосистемный) уровень. Биогеоценоз исторически сложившаяся совокупность организмов разных видов, взаимодействующая со всеми факторами их среды обитания. В биогеоценозах осуществляется круговорот веществ и энергии.
в.Биосферный (глобальный) уровень. Биосфера — биологическая система высшего ранга, охватывающая все явления жизни в атмосфере, гидросфере и литосфере, которая объединяет все биогеоценозы (экосистемы) в единый комплекс. Здесь происходят все вещественно-энергетические круговороты, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.
По вопросу происхождения жизни так же, как и по вопросу о сущности жизни среди ученых нет единого мнения. Существует несколько подходов к решению вопроса о происхождения жизни.
Креационизм. Жизнь была создана Творцом. Творец - это Бог, Идея, Высший разум или др.
Гипотеза стационарного состояния. Жизнь, как и сама Вселенная, существовала всегда и будет существовать вечно, ибо не имеющее начала не имеет и конца. Вместе с тем существование отдельных тел и образований (звезд, планет, организмов) ограничено во времени, они возникают, рождаются и погибают. В настоящее время эта гипотеза имеет в основном историческое значение, так как общепризнанной теорией образования Вселенной является «теория Большого взрыва», согласно которой Вселенная существует ограниченное время, она образовалась из одной точки около 15 млрд лет назад.
Гипотеза панспермии. Жизнь на Землю была занесена из космоса, и прижилась здесь, после того как на Земле сложились благоприятные для этого условия. Решение вопроса о том, как возникла жизнь в космосе, в силу объективных трудностей его решения, отодвигается на неопределенное время. Она могла быть создана Творцом, существовать всегда или возникнуть из неживой материи. В последнее время среди ученых появляется все больше сторонников этой гипотезы.
Гипотеза абиогенеза (самозарождения живого из неживого и последующей биохимической эволюции). Жизнь зародилась на Земле из неживой материи.
Еще древнегреческий философ Аристотель писал, что не только растения, черви, насекомые, но даже рыбы, лягушки и мыши могут рождаться из влажной почвы или гниющего ила.
Голландский ученый Ян ван Гельмонт в XVII в. описал свой опыт, утверждая, что живые мыши якобы зарождались у него из грязного белья и горсти пшеницы, запертых в шкафу.
В 1688 г. итальянский ученый Франческо Реди решил проверить идею самопроизвольного зарождения жизни. Он рассказывал о своем опыте: «Я взял четыре сосуда, поместил в один из них мертвую змею, в другой — немного рыбы, в третий—дохлых угрей, в четвертый — кусок телятины, плотно закрыл их и запечатал. Затем я поместил то же самое в четыре других сосуда, оставив их открытыми. Вскоре мясо и рыба в открытых сосудах зачервивели. Можно было видеть, как мухи свободно залетают в сосуды и вылетают из них. Но в запечатанных сосудах я не увидел ни одного червяка, хотя прошло много дней после того, как в них была положена дохлая рыба и мясо».
В 1675 г. итальянский ученый Ладзаро Спаланцани прокипятил в запаянном сосуде крепкий мясной бульон. Прошло несколько дней, но никаких признаков жизни в бульоне не обнаружилось. В 1860 г. Луи Пастер с помощью ряда блестящих опытов, похожих на опыт Спалланцани, окончательно доказал, что жизнь в современных условиях не самозарождается. Он показал, что даже бактерии могут возникать только от других бактерий.
В 1924 г. А.И. Опарин высказал предположение, что живое возникло на Земле из неживой материи в результате химической эволюции - сложных химических преобразований молекул. Этому событию благоприятствовали сложившиеся в то время на Земле условия.
В 1953 г. С. Миллер в лабораторных условиях получил ряд органических веществ из неорганических соединений. Была доказана принципиальная возможность неорганического пути образования биогенных органических соединений (но не живых организмов).
А.И. Опарин полагал, что органические вещества могли создаваться в первичном океане из простых неорганических соединений. В результате накопления в океане органических веществ образовался так называемый «первичный бульон». Затем, объединяясь, белки и другие органические молекулы образовали капли коацерватов, которые служили прообразом клеток. Капли коацерватов подвергались естественному отбору и эволюционировали. Первые организмы были гетеротрофными. По мере исчерпания запасов «первичного бульона» возникли автотрофы.
Следует отметить, что с точки зрения теории вероятности, вероятность синтеза сверхсложных биомолекул при условии случайных соединений их составных частей крайне низка.
Таким образом, необходимо признать тот факт, что к настоящему времени ни одна из существующих гипотез о происхождении жизни прямыми доказательствами не располагает и у современной науки нет однозначного ответа на этот вопрос.