БИОЛОГИЯ

БИОЛОГИЯ (от био... и ...логия), совокупность наук о живой природе. Предмет биологии — все проявления жизни: строение и функции живых существ и их природных сообществ, распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и с неживой природой. Задачи биологии — изучение закономерностей этих проявлений, раскрытие сущности жизни, систематизация живых существ. Термин «Биология» предложен в 1802 году Ж. Б. Ламарком и Г. Р. Тревиранусом независимо друг от друга. Он упоминается также в сочинениях Т. Роозе (1797) и К. Бурдаха (1800).
Исторический очерк. Современная биология уходит корнями в древность и берёт начало в странах Средиземноморья (Древний Египет, Древняя Греция). Крупнейшим биологом древности был Аристотель. В средние века накопление биологических знаний диктовалось в основном интересами медицины. Однако вскрытия человеческого тела были запрещены, и преподававшаяся по Галену анатомия была в действительности анатомией животных, главным образом свиньи и обезьяны. В эпоху Возрождения широко распространяются и комментируются сочинения античных философов и натуралистов (первыми ботаническими трудами были комментарии к сочинениям Теофраста, Плиния Старшего и др.). В дальнейшем появляются оригинальные «травники» — краткие описания лекарственных растений. А. Чезальпино в 1583 году сделал попытку создания классификации растений на основе строения семян, цветков и плодов. С введением анатомирования человеческого тела блестящих успехов добивается анатомия человека, что отражено в классическом труде А. Везалия «О строении человеческого тела» (1543). Работы анатомов подготовили великое открытие 17 века — учение У. Гарвея о кровообращении (1628), применившего для физиологических исследований количественные измерения и законы гидравлики. Плеяда микроскопистов открывает тонкое строение растений (Р. Гук, 1665; М. Мальпиги, 1675–79; Н. Грю, 1671–82) и их половые различия (Р. Камерариус, 1694, и др.), мир микроскопических существ, эритроциты и сперматозоиды (А. Левенгук, 1673 и сл.), изучает строение и развитие насекомых (Мальпиги, 1669; Я. Сваммердам, 1669 и сл.). Эти открытия привели к возникновению противоположных направлений в эмбриологии — овизма и анималькулизма и к борьбе концепций преформизма и эпигенеза. В области систематики Дж. Рей описал в «Истории растений» (1686–1704) свыше 18 тысяч видов, сгруппированных в 19 классов. Он же определил понятие «вид» и создал классификацию позвоночных, основанную на анатомо-физиологических признаках (1693). Ж. Турнефор распределил растения по 22 классам (1700).
В 18 веке фундаментальную «Систему природы» (1735 и позже), основанную на признании неизменности изначально сотворённого мира, дал К. Линней, применив бинарную номенклатуру. Сторонник ограниченного трансформизма Ж. Бюффон построил смелую гипотезу о прошлой истории Земли, разделив её на ряд периодов, и в отличие от креационистов относил появление растений, животных и человека к последним периодам. Опытами по гибридизации Й. Кёльрёйтер окончательно доказал наличие полов у растений и показал участие в оплодотворении и развитии как яйцеклеток, так и пыльцы растений (1761 и позже). Ж. Сенебье (1782) и Н. Соссюр (1804) установили роль солнечного света в способности зелёных листьев выделять кислород и использовать для этого углекислый газ воздуха. В конце 18 века Л. Спалланцани осуществил опыты, опровергающие господствовавшую до тех пор в биологии идею возможности самозарождения организмов.
Уже со 2-й половины 18 века и в начале 19 века всё настойчивее в той или иной форме возникают идеи исторического развития живой природы. Ш. Бонне развил (1745, 1764) идею «лестницы существ», которую эволюционно истолковал Ж. Б. Ламарк (1809). Эволюционные идеи Ламарка в то время успеха не имели и подвергались критике со стороны многих учёных, среди которых был Ж. Кювье — основоположник сравнительной анатомии и палеонтологии животных, выдвинувший (1812) учение о катастрофах (см. Катастроф теория). Антиэволюционные концепции Кювье утвердились в 1830 году в результате дискуссии с Э. Жоффруа Сент-Илером, пытавшимся обосновать натурфилософское учение о «единстве плана строения» животных и допускавшим возможность эволюционных изменений под прямым воздействием внешней среды. Идея развития организмов нашла убедительное подтверждение в эмбриологических исследованиях К. Ф. Вольфа (1759, 1768), X. Пандера (1817) и К. М. Бэра (1827), в установлении Бэром принципов сравнительной эмбриологии позвоночных (1828–37). Обоснованная Т. Шванном (1839) клеточная теория сыграла огромную роль в понимании единства органического мира и в развитии цитологии и гистологии.
В середине 19 века установлены особенности питания растений и его отличие от питания животных, сформулирован принцип круговорота веществ в природе (Ю. Либих, Ж. Б. Буссенго). В физиологии животных крупные успехи достигнуты работами Э. Дюбуа-Реймона, заложившего основы электрофизиологии, К. Бернара, выяснившего роль ряда секреторных органов в пищеварении (1845, 1847) и доказавшего синтез гликогена в печени (1848), Г. Гельмгольца и К. Людвига, разработавших методы изучения нервно-мышечной системы и органов чувств. И. М. Сеченов заложил основы материалистического понимания высшей нервной деятельности («Рефлексы головного мозга», 1863). Л. Пастер окончательно опроверг возможность самозарождения современных организмов (1860–1864). С. Н. Виноградский обнаружил (1887–91) бактерии, способные путём хемосинтеза образовывать органические вещества из неорганических. Д. И. Ивановский открыл (1892) вирусы.
Крупнейшим завоеванием 19 веке было эволюционное учение Ч. Дарвина, изложенное им в труде «Происхождение видов...» (1859), в котором он вскрыл механизм эволюционного процесса путём естественного отбора. Утверждение в биологии дарвинизма способствовало разработке ряда новых направлений: эволюционной сравнительной анатомии (К. Гегенбаур), эволюционной эмбриологии (А. О. Ковалевский, И. И. Мечников), эволюционной палеонтологии (В. О. Ковалевский). Большие успехи, достигнутые в 70–80-х годах 19 века в изучении сложных процессов клеточного деления (Э. Страсбургер, 1875; В. Флемминг, 1882, и др.), созревания половых клеток и оплодотворения (О. Гертвиг, 1875 и позже; Г. Фоль, 1877; Э. ван Бенеден, 1884; Т. Бовери, 1887, 1888) и связанных с ними закономерностей распределения хромосом в митозе и мейозе, породили множество теорий, искавших в ядре половых клеток носителей наследственности (Ф. Галь- тон, 1875; К. Негели, 1884; Э. Страсбургер, 1884; А. Вейсман, 1885–1892; X. Де Фриз, 1889). Однако закономерности наследственности, обнаруженные Г. Менделем (1865), остались незамеченными вплоть до 1900 года, когда они были подтверждены и легли в основу генетики.
Отправными пунктами развития генетики в начале 20 века стали менделизм и мутационная теория (X. Де Фриз, 1901–03), способствовавшие в дальнейшем синтезу генетики и дарвинизма. Была сформулирована хромосомная теория наследственности (Т. Бовери, 1902–07; У. Сеттон, 1902), однако лишь Т. Морган и его школа (1910 и позже) обосновали и разработали её полностью. На основе учения В. Иогансена о чистых линиях (1903) им были введены понятия ген, генотип, фенотип (1909).
Химическая природа генов и матричный принцип их воспроизведения сначала постулировались чисто теоретически в форме представления о «наследственных молекулах» (Н. К. Кольцов, 1927). В дальнейшем было показано, что носителями генетической информации являются молекулы ДНК (1944). Установление структуры ДНК (Дж. Уотсон и Ф. Крик, 1953) привело к раскрытию генетического кода, дало резкий толчок развитию молекулярной биологии (в широком смысле — комплексу направлений, объединяемых понятием физико-химическая биология), а позднее — генетической инженерии и биотехнологии.
В области физиологии животных И. П. Павловым разработано учение об условных рефлексах и высшей нервной деятельности; бурно развивается нейрофизиология. Физиология растений добилась успехов в изучении фотосинтеза.
Существенное развитие в 20 веке получила эволюционная теория. В 20–30-х годах была вскрыта роль в эволюции мутационного процесса, колебаний численности и изоляции при направленном действии отбора. Это позволило разработать синтетическую теорию эволюции, развивающую дарвинизм (С. С. Четвериков, Дж. Б. С. Холдейн, Р. Фишер, С. Райт, Дж. Хаксли, Ф. Г. Добржанский, Э. Майр и др.) и включающую учения о факторах эволюции (И. И. Шмальгаузен и др.), о микроэволюции и макроэволюциц.
Крупнейшим достижением биологии является создание В. И. Вернадским биогеохимии и учения о биосфере (1926), В. Н. Сукачёвым — биогеоценологии (1942), А. Тенсли — учения об экосистемах (1935), на основе которых научно разрабатывается стратегия взаимоотношений человечества с природой. Трудами В. Шелфорда (1912, 1939), Ч. Элтона (1934) и мн. др. разработаны основы экологии как науки о взаимосвязи между организмами и окружающей средой. С середины 20 века успехи экологии, а также становящиеся всё более серьёзными проблемы охраны природы привели к «экологизации» многих биологических наук, способствовали утверждению современного системного подхода к развитию популяционной биологии.
Система биологических наук. Одними из первых в биологии сложились комплексные науки по объектам исследования — о животных — зоология, растениях — ботаника; анатомия и физиология человека — основа медицины. В пределах зоологии сформировались более узкие дисциплины, например протозоология, энтомология, орнитология, териология и др.; в ботанике — альгология, бриология, дендрология и т. д. В самостоятельные науки выделились микробиология, микология, лихенология, вирусология. Многообразие организмов и распределение их по группам изучают систематика животных и систематика растений. Изучением прошлой истории органического мира занимается палеонтология и её разделы — палеозоология, палеоботаника, палеоэкология и др.
Другой аспект классификации биологических дисциплин — по исследуемым свойствам и проявлениям (механизмам) живого. Форму и строение организмов изучают морфологические дисциплины — цитология, гистология, анатомия; состав и ультраструктуру тканей и клеток — биохимия, биофизика, молекулярная биология; образ жизни животных и растений и их взаимоотношения с условиями среды обитания — экология и более специально — гидробиология, биогеография, биогеоценология и т. д.; функции живых существ изучают физиология животных и физиология растений; закономерности поведения животных — этология; закономерности наследственности и изменчивости — предмет исследований генетики; закономерности индивидуального развития изучает эмбриология или в более широком современном понимании — биология развития; историческое развитие — эволюционное учение. Широкое проникновение математики в разделы биологии вызвало к жизни математическую биологию, биометрию.
В целом для биологии характерно взаимопроникновение идей и методов различных биологических дисциплин, а также других наук — химии, физики, математики. В 20 веке возникли новые биологические дисциплины и направления на границах смежных наук, а также в связи с практическими потребностями (радиобиология, космическая биология, физиология труда, социобиология и др.).
Уровни организации и изучения жизненных явлений. Для живой природы характерно сложное, иерархическое соподчинение уровней организации её структур. Вся совокупность органического мира Земли вместе с окружающей средой образует биосферу (биосферный уровень), которая складывается из биогеоценозов (биогеоценотический); свободно скрещивающиеся между собой особи одного и того же вида образуют популяции (популяционно-видовой); составляющие их особи (организменный) у многоклеточных состоят из органов и тканей (органно-тканевой), образованных различными клетками (клеточный), а те, как и одноклеточные организмы, — из внутриклеточных структур (субклеточный), которые строятся из молекул (молекулярный). Для каждого из названных уровней характерны специфические закономерности, связанные с различными масштабами явлений, принципами образования и организации, особенностями взаимоотношений с выше- и нижележащими уровнями (см. Уровни организации живой материи).
Значение биологии для сельского, лесного, промыслового хозяйства и медицины. Необходимые для питания белки, жиры, углеводы, витамины человек получает главным образом от культурных растений и прирученных животных. Знание законов генетики и селекции, а также физиологических особенностей культурных и одомашненных видов позволяет совершенствовать агротехнику и зоотехнику, выводить более продуктивные сорта растений и породы животных. Уровень знаний в области биогеографии и экологии определяет возможность и эффективность интродукции и акклиматизации. Биохимические исследования позволяют полнее использовать получаемые органические вещества растительного и животного происхождения, а также их лабораторного и промышленного синтеза. Развитие в последние годы генетической инженерии открывает широкие перспективы для биотехнологии биологически активных и лекарственных веществ. Исключительно важное значение имеет биология как теоретическая основа ведения сельского, лесного и промыслового хозяйства. Познание закономерностей размножения и распространения болезнетворных вирусов и бактерий, а также паразитических организмов необходимо для успешной борьбы с инфекционными и паразитарными заболеваниями человека и животных.
Заключение. Прогресс биологии в 20 веке, её возросшая роль среди других наук и для существования человечества определяют и иной облик биологии сравнительно с тем, какой она имела 40–50 лет назад. По уровню биологических исследований ныне можно судить о материально-техническом развитии общества, так как биология становится реальной производительной силой, а также рациональной научной основой отношений между человеком и природой. Только на основе биологических исследований возможно решение одной из самых грандиозных и насущных задач, вставших перед человечеством, — управление эволюцией биосферы с целью сохранения и поддержания условий существования и развития человечества.