Какова связь современной биологии с другими науками. Биология и история – межпредметные связи. Биотехнологии - будущее медицины

Биологическое образование - существенная часть общего естественнонаучного образования школьников. Формирование научного мировоззрения в обучении биологии основано на усвоении учащимися ведущих мировоззренческих идей: материальное единство мира и диалектические закономерности его развития, всеобщая связь явлений и процессов, познаваемость объективного мира и его отражение в общественном сознании, единство теории и практики. Задача биологического образования в школе состоит в раскрытии; научной картины мира живой природы, в ознакомлении учащихся с основными принципами диалектико-материалистической методологии познания живых систем (системности, историзма и др.).

Формирование правильных диалектико-материалистических взглядов на природу опирается на принцип научности обучения, отраженный в содержании естественнонаучного образования. Ведущие идеи курса биологии - идеи эволюции органического мира, разноуровневой организации живой природы, взаимосвязи строения и функций, взаимосвязи биологических систем с природной средой, целостности и саморегуляции биологических систем, связь теории с практикой - определяют содержание, структуру школьного курса биологии, последовательность развития основных понятий. Курсы природоведения, биологии, физики, химии, географии, изучаемые во взаимосвязи, показывают учащимся единство и развитие материального мира.

2.2.1 Межпредметные связи биологии и физики

Ядром современной естественнонаучной картины мира является физическая картина мира. Биология существенно дополняет и преобразует физическую картину мира, внося в нее обобщенные знания об особенностях протекания физических процессов в биологических системах разного уровня сложности (клетках, организмах, биоценозах). В окружающем нас мире происходят всевозможные изменения, или явления. В физике изучают механические, тепловые, электрические, световые явления. Все эти явления называются физическими. В живых организмах происходят физические процессы и явления. Влага поднимается от земли к растению по стеблю, кровь течет по сосудам в теле животного, по нервным волокнам передаются от мозга сигналы телу животного. При помощи знаний по физике в зоологии объясняют, как происходит движение животных на земле и рыб в воде, как разные животные издают и воспринимают звуки, как устроены их органы зрения и многое другое.

2.2.2 Межпредметные связи биологии и химии

Химия относится к естественным наукам. Она изучает состав, строение, свойства и превращения веществ, а также явления, сопровождающие эти превращения. Химия тесно связана с физикой и биологией. Между химией и биологией сформировались науки - биохимия, бионеорганическая и биоорганическая химия. В живых организмах изучаются химические процессы, состав веществ и другое. При помощи знаний о кислотах, катализаторах, о щелочных и нейтральных средах проводится изучение ферментов. Легочный и тканевый газообмен и транспортная функция крови изучаются на базе знаний об окислении.

2.2.3 Межпредметные связи биологии с другими предметами

Опираясь на связи с общественными, техническими и сельскохозяйственными науками, биология раскрывает отношения «природа - человек», «природа - общество - труд».

Межпредметные связи в обучении биологии призваны отражать межнаучные связи, связи науки с другими формами общественного сознания (идеологией, философией, моралью, искусством) и практикой, которые развиваются в процессе научно-технического и социального прогресса. Синтез современного естествознания осуществляется в трех основных направлениях: межнаучный синтез, который привел к возникновению пограничных наук (биофизика, биохимия, биокибернетика и др.) и общенаучных теорий (теория систем, теория информации, кибернетика и др.); методологический синтез, обеспечивающий единую методологию естествознания на основе принципов системности и развития природы; синтез науки и общественной практики, который направлен на решение комплексных глобальных проблем современности (охраны окружающей среды, Продовольственной программы, здравоохранения и др.). В биологии как системе наук о живой природе интенсивно развиваются синтезированные науки, такие, как цитология, экология, селекция и др.

Результаты научного синтеза знаний находят все большее отражение в содержании биологического образования, определяя необходимость систематических и последовательных внутрипредметных и межпредметных связей в курсах биологии. На основе таких связей учитель биологии формирует и развивает общебиологические понятия, которые отражают:

1) развитие живой природы - эволюция, факторы, направления эволюции;

2) уровни структурной организации живой природы - клетка, организм, вид, биоценоз, биосфера;

3) свойства организмов и их связь с природной средой - обмен веществ, изменчивость, наследственность, приспособленность и др.

Особенно важны в мировоззренческом плане межпредметные связи биологии с обществоведением, которые позволяют показать учащимся связь общебиологических понятий с философскими категориями (материя, движение, формы движения материи, пространство, время и др.) и законами диалектики (единства и борьбы противоположностей, перехода количественных изменений в качественные). Диалектический метод познания требует изучения биологических объектов во взаимосвязях и развитии, в единстве и борьбе противоречий.

Современная биология интенсивно развивается благодаря сочетанию системно-структурного и исторического методов научного познания живых объектов.

Изучение биогеоценоза как экосистемы предполагает раскрытие взаимосвязей животных, растений, микроорганизмов, биотических, абиотических и антропогенных факторов среды в определенном природном комплексе. При этом учитель биологии использует внутрипредметные и межпредметные связи (с курсами физической географии, физики, химии, природоведения).

Принцип межпредметности является ведущим принципом экологического образования, с учетом логики развития ведущих идей и понятий предметов, с последовательным углублением и обобщением экологических идей и понятий.

Биологические знания также очень важны в социальной и производственных сферах.

Круг вопросов установления межпредметных связей может быть расширен творчески работающими учителями.

Задачи биологии

Они состоят в изучении закономерностей проявления жизни (строения и функции живых организмов и их сообществ, распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и неживой природой); раскрытии сущности жизни; систематизации многообразия живых организмов.

Связь биологии с другими науками

Биология тесно связана с фундаментальными науками (математикой, физикой, химией), естественными (геологией, географией, почвоведением), общественными (психологией, социологией), прикладными (биотехнологией, бионикой, растениеводством, охраной природы) и входит в комплекс естественных наук, т.е. наук о природе.

Предмет изучения биологии – все проявления жизни, а именно:

Строение и функции живых существ и их природных сообществ;

Распространение, происхождение и развитие новых существ и их сообществ;

Связи живых существ и их сообществ друг с другом и с неживой природой.

Задачи биологии состоят в изучении всех биологических закономерностей и раскрытии сущности жизни. При этом в биологии используется ряд методов, характерных для естественных наук. К основным методам биологии относятся:

Наблюдение, позволяющее описать биологическое явление;

Сравнение, дающее возможность найти закономерности, общие для разных явлений;

Эксперимент, в ходе которого исследователь искусственно создает ситуацию позволяющую выявить глубоко лежащие (скрытые) свойства биологических объектов;

Исторический метод, позволяющий на основе данных о современном мире живого и о его прошлом, раскрывать законы развития живой природы.

Многообразие живой природы настолько велико, что современная биология представляет собой комплекс биологических наук, значительно отличающихся одна от другой. При этом каждая имеет собственный предмет изучения, методы, цели и задачи.

Можно также говорить о трех направлениях биологии или трех образах биологии:

1. Традиционная или натуралистическая биология . Ее объектом изучения является живая природа в ее естественном состоянии и нерасчлененной целостности – «Храм природы», как называл ее Эразма Дарвина. Истоки традиционной биологии восходят к средним векам, хотя вполне естественно здесь вспомнить и работы Аристотеля, который рассматривал вопросы биологии, биологического прогресса, пытался систематизировать живые организма («лестница Природы»). Оформление биологии в самостоятельную науку – натуралистическую биологию приходится на 18-19 века. Первый этап натуралистической биологии ознаменовался созданием классификаций животных и растений. К ним относятся известная классификация К. Линнея (1707 – 1778), являющаяся традиционной систематизацией растительного мира, а также классификация Ж.-Б. Ламарка, применившего эволюционный подход к классифицированию растений и животных. Традиционная биология не утратила своего значения и в настоящее время. В качестве доказательства приводят положение экологии среди биологических наук а также во всем естествознании. Ее позиции и авторитет в настоящее время чрезвычайно высоки, а она в первую очередь основывается в принципах традиционной биологии, поскольку исследует взаимоотношений организмов между собой (биотические факторы) и со средой обитания (абиотические факторы).

2. Функционально-химическая биология, отражающая сближение биологии с точными физико-химическими науками. Особенность физико-химической биологии – широкое использование экспериментальных методов, которые позволяют исследовать живую материю на субмикроскопическом, надмолекулярном и молекулярном уровнях. Одним из важнейших разделов физико-химической биологии является молекулярная биология – наука изучающая структуру макромолекул, лежащих в основе живого вещества. Биологию нередко называют одной из лидирующих наук 21-го века.

К важнейшим экспериментальным методам, использующимся в физико-химической биологии, относятся метод меченых (радиоактивных) атомов, метолы рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии, методы фракционирования (например, разделение различных аминокислот), использование ЭВМ и др.

3. Эволюционная биология . Это направление биологии изучает закономерности исторического развития организмов. В настоящее время концепция эволюционизма стала, фактически, платформой, на которой происходит синтез разнородного и специализированного знания. В основе современной эволюционной биологии лежит теория Дарвина. Интересно и то, что Дарвину в свое время удалось выявить такие факты и закономерности, которые имеют универсальное значение, т.е. теория созданная им, приложима к объяснению явлений, происходящих не только в живой, но и неживой природе. В настоящее время эволюционный подход взят на вооружение всем естествознанием. Вместе с тем, эволюционная биология – самостоятельная область знания, с собственными проблемами, методами исследования и перспективой развития.

В настоящее время предпринимаются попытки синтеза этих трех направлений («образов») биологии и оформления самостоятельной дисциплины – теоретической биологии.

4. Теоретическая биология . Целью теоретической биологии является познание самых фундаментальных и общих принципов, законов и свойств, лежащих в основе живой материи. Здесь разные исследования выдвигают различные мнения по вопросу о том, что должно стать фундаментом теоретической биологии.

Э.С. Бауэр(1935г.) выдвинул в качестве основной характеристики жизни принцип устойчивой неравновесности живых систем.

Л. Берталанфи(1932г.) рассматривал биологические объекты как открытые системы, находящиеся в состоянии динамического равновесия.

Э. Щредингер (1945г.), Б.П. Астауров представляли создание теоретической биологии по образу теоретической физики.

С. Лем (1968г.) выдвинул кибернетическую интерпретацию жизни.

А.А. Малиновский (1960г.) предлагал в качестве основы теоретической биологии математические и системные методы.

Таким образом, задача построения теоретической биологии отличается чрезвычайной сложностью, комплексностью и многоплановостью. Создание такой теории – одна из важнейших задач современной науки. Вместе с тем ряд авторов подчеркивает, что основой теоретической биологии в любом случае служит развитие эволюционного подхода, и, таким образом, теоретическая биология может рассматриваться как дальнейшее развитие эволюционной биологии.

ВСТУПЛЕНИЕ

§ 1. СИСТЕМА БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК. СВЯЗЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК С ДРУГИМИ НАУКАМИ

Биология - комплексная наука о живой природе. Вы уже знаете, что биология исследует разные проявления жизни. Как самостоятельная естественная наука биология зародилась еще до нашей эры, а ее название предложили в 1802 году независимо друг от друга французский ученый Жан-Батист Ламарк (1744-1829) и немецкий Готфрид Рейнхольд Тревіранус (1766-1837).

В течение предыдущих лет обучения в школе вы уже ознакомились с основами таких биологических наук, как ботаника, микология, зоология, анатомия и физиология человека и др. В течение следующих лет вы узнаете и о достижения других биологических наук: биохимии, цитологии, вирусологии, биологии индивидуального развития, генетики, экологии, эволюционного учения, систематики, палеонтологии и тому подобное. Данные этих и многих других биологических наук позволяют изучать закономерности, присущие всем живым организмам. Рассмотрите рисунок 1.1 и ознакомьтесь с краткой характеристикой основных биологических наук. (Подумайте, какие из биологических наук, указанных на схеме, по вашему мнению, больше всего связаны между собой)

Биологию называют ведущей наукой ХХІ века. Без достижений биологии в настоящее время невозможен прогресс аграрных наук, здравоохранения и окружающей среды, биотехнологии и тому подобное.

Взаимосвязи биологии с другими науками. Биология тесно связана с другими естественными и гуманитарными науками. Вследствие взаимодействия с химией возникла биохимия, а с физикой - биофизика. Биогеография - комплексная наука о распространении живых организмов на Земле - разработана усилиями нескольких поколений ученых, изучавших флору, фауну, группировки видов в разных географических частях нашей планеты. Во всех отраслях биологии применяют математические методы обработки собранного материала.

Рис. 1.1. Краткая характеристика основных биологических наук

В результате взаимодействия экологии с гуманитарными науками возникла соціоекологія (изучает закономерности взаимодействия человеческого общества и окружающей природной среды), а взаимодействие биологии человека с гуманитарными науками сформировала антропологию - науку о происхождении и эволюции человека как особого біосоціального вида, человеческие расы и тому подобное.

Философия биологии - наука, возникшая вследствие взаимодействия классической философии с биологией. Она изучает проблемы мировосприятия в свете достижений биологии.

Данные биологических наук о человеке (анатомии, физиологии, генетики человека) служат теоретической базой медицины (науки о здоровье человека и его сохранении, заболеваниях, методах их диагностики и лечения).

Во второй половине ХХ века. благодаря успехам разных естественных наук (физики, математики, кибернетики, химии и других) сформировались новые направления биологических исследований:

Космическая биология - изучает особенности функционирования живых систем в условиях космических аппаратов и Вселенной;

Бионика - исследует особенности строения и жизнедеятельности организмов с целью создания различных технических систем и приборов;

Радиобиология - наука о влиянии разных видов ионизирующего излучения на живые системы;

Криобиология - наука о влиянии на живую материю низких температур.

Современное общество часто сталкивается с проблемами, возникающими на стыке с другими науками. Например, для оценки последствий антропогенных воздействий на живые системы (радиационных, химических и т. п) нужны совместные усилия биологов, медиков, физиков, химиков и др. Создание биоинформационных технологий (например, для изучения структуры и функций наборов наследственной информации организмов) невозможно без специальных компьютерных программ. Изучение наследственных болезней человека - также задание для многих наук (генетики, биохимии, медицины и других).

Ключевые термины и понятия. Биология, система биологических наук.

Копотко о главном

Биология - комплекс наук, исследующих различные проявления жизни.

Название «биология» предложили в 1802 году французский ученый Ж.-Бы. Ламарк и немецкий - Г. Г. Тревіранус.

Биология имеет тесные связи как с другими естественными науками, так и с гуманитарными. Вследствие взаимодействия с другими науками возникли

биохимия, биофизика, биогеография, радиобиология и многие другие.

Человек как составная часть природы издавна стремилась изучать тех животных и растения, которые ее окружали, ведь от этого зависело ее выживание. Первые попытки упорядочить накопленные данные о строении животных и растений, процессы их жизнедеятельности и разнообразие принадлежат ученым Древней Греции - Аристотелю (рис. 1.2) и Теофрасту. Аристотель создал первую научную систему для около 500 видов известных в то время животных и заложил основы сравнительной анатомии (попробуйте определить задачи этой науки). Считал, что живая материя возникла из неживой. Теофраст (372-287 гг. к н. е.) описал разные органы растений и заложил основы ботанической классификации. Системы живой природы этих двух ученых стали основой для развития европейской биологической науки и существенно не менялись вплоть до VIII века. н. е.

В период средневековья (V - XV ст. н. е.) биология развивалась преимущественно как описательная наука. Накопленные факты в те времена часто были искаженными. Например, встречаются описания различных мифических существ, например «морского монаха», который будто появлялся морякам перед штормом, или морских звезд с лицом человека.

В эпоху Возрождения быстрое развитие промышленности, сельского хозяйства, выдающиеся географические открытия поставили перед наукой новые задачи, чем стимулировали ее развитие. Так, с изобретением светового микроскопа связано становление цитологии. Световой микроскоп с окуляром и объективом появился в начале XVII в., однако его изобретатель точно неизвестен; в частности, великий итальянский ученый Г. Галилей демонстрировал изобретенный им дволінзовий увеличительный прибор еще в 1609 г. А в 1665 году, изучая с помощью собственноручно усовершенствованного микроскопа тонкие срезы пробки бузины, моркови и др. Роберт Гук (рис. 1.3) открыл клеточное строение растительных тканей и предложил сам термин клетка. Примерно в это же время голландский натуралист Антони ван Левенгук (рис. 1.4) изготовил уникальные линзы с 150-300-кратным увеличением, через которые впервые наблюдал одноклеточные организмы (одноклеточные животные и бактерии), сперматозоиды, эритроциты и их движение в капиллярах.

Все накопленные научные факты о многообразии живого обобщил выдающийся шведский ученый XVIII века. Карл Линней (рис. 1.5). Он подчеркивал, что в природе существуют группы особей, которые напоминают друг друга за особенностями строения, требованиями к окружающей среды, заселяющих определенную часть поверхности Земли, способны скрещиваться между собой и давать плодовитых потомков. Такие группы, каждая из которых имеет определенные отличия от других, он считал видами. Линней положил начало современной систематике, а также создал собственную классификацию растений и животных. Он ввел латинские научные названия видов, родов и других систематических категорий, описал более 7500 видов растений и около 4000 видов животных.

Рис. 1.2. Аристотель (384-322рр. к н. е.)

Рис. 1.3. Роберт Гук (1635-1703)

Рис. 1.4. Антони ван Левенгук (1632-1723)

Рис. 1.5. Карл Линней(1707-1778)

Рис. 1.6. Теодор Шванн (1810-1882)

Рис. 1.7. Жан - Батист Ламарк (1744-1829)

Рис. 1.8. Чарльз Дарвин (1809-1882)

Важный этап в развитии биологии связан с созданием клеточной теории и развитием эволюционных идей. В частности, было обнаружено ядро в клетке: впервые его в 1828 году наблюдал в растительной клетке английский ботаник Роберт Броун (1773-1858), который впоследствии (1833) предложил термин «ядро». 1830 года ядро яйцеклетки курицы описал чешский исследователь Ян Пуркіне (1787-1869). Опираясь на труды этих ученых и немецкого ботаника Маттиаса Шлейдена (1804-1881), немецкий зоолог Теодор Шванн (рис. 1.6) в 1838 году сформулировал основные положения клеточной теории, впоследствии дополненные немецким цитологом Рудольфом Вірховим (1821-1902).

В начале XIX века. Жан-Батист Ламарк (рис. 1.7) предложил первую целостную эволюционную гипотезу (1809), обратил внимание на роль факторов окружающей среды в эволюции живых существ. Наиболее весомый вклад в последующее развитие эволюционных взглядов внес один из самых выдающихся биологов мира - английский ученый Чарльз Дарвин (рис. 1.8). Его эволюционная гипотеза (1859) положил начало теоретическую биологию и значительно повлияла на развитие других естественных наук. Учение Ч. Дарвина впоследствии было дополнено и расширено трудами его последователей и как завершенная система взглядов под названием «дарвинизм» окончательно сформировалось в начале ХХ века. Наибольшую роль в развитии дарвинизма того времени сыграл знаменитый немецкий ученый Эрнст Геккель (рис. 1.9), который, в частности, предложил в 1866 году название науки о взаимосвязи организмов и их сообществ с условиями среды жизни - экология. Он пытался выяснить и схематически изобразить пути эволюции различных систематических групп животных и растений, заложив основы филогении.

Важный вклад в развитие учения о высшей нервной деятельности и физиологии пищеварения позвоночных животных и человека сделали русские ученые Иван Михайлович Сеченов и Иван Петрович Павлов (рис. 1.10, 1.11), о чем вам уже известно из курса биологии 9-го класса.

Рис. 1.9. Эрнст Геккель (1834-1919)

Рис. 1.10. И. М. Сеченов (1829-1905)

Рис. 1.11. И. П. Павлов (1849-1936)

Рис. 1.12. Грегор Мендель (1822-1884)

Рис. 1.13. Томас Хант Морган (1866-1945)

Рис. 1.14. Джеймс Уотсон (1928 г. н.) (1) и Френсис Крик (1916-2004)(2)

В середине XIX века. были заложены основы науки о закономерностях наследственности и изменчивости организмов - генетики. Датой ее рождения считают 1900 год, когда три ученые, проводившие опыты по гибридизации растений, - голландец Гуго де Фриз (1848-1935) (ему принадлежит термин мутация), немец Карл Эрих Корренс (1864-1933) и австриец Эрих Чермак (1871-1962) независимо друг от друга наткнулись на забытую работу чешского исследователя Грегора Менделя (рис. 1.12) «Опыты над растительными гибридами», изданное еще 1865 года. Эти ученые были поражены тем, насколько результаты их опытов совпадали с полученными Г. Менделем. Впоследствии законы наследственности установленные Г. Менделем, восприняли ученые разных стран, а тщательные исследования показали их универсальный характер. Название «генетика» предложил в 1907 году английский ученый Уильям Бэтсон (1861-1926). Огромный вклад в развитие генетики внес американский ученый Томас Хант Морган (рис. 1.13) со своими сотрудниками. Итогом их исследований стало создание хромосомной теории наследственности, которая повлияла на дальнейшее развитие не только генетики, но и биологии в целом. Сейчас генетика стремительно развивается и занимает одно из центральных мест в биологии.

В конце XIX века. (1892) российский ученый Дмитрий Иосифович Ивановский (1864-1920) открыл неклеточные формы жизни - вирусы. Это название вскоре предложил голландский исследователь Мартин Виллем Бейєринк (18511931). Однако развитие вирусологии стал возможен только с изобретением электронного микроскопа (30-е годы XX в.), способного увеличивать объекты исследований в десятки и сотни тысяч раз. Благодаря электронному микроскопу человек смог детально изучить клеточные мембраны, мельчайшие органеллы и включения.

В XX века. бурно развивались молекулярная биология, генетическая инженерия, биотехнология и др.. Американский ученый - биохимик Джеймс Уотсон, английские - биолог Френсис Крик (рис. 1.14) и биофизик Моррис Уилкинс (1916-2004) в 1953 году открыли структуру ДНК (за это им в 1962 году присуждена Нобелевская премия в области физиологии и медицины), а впоследствии выяснили роль нуклеиновых кислот в сохранении и передаче наследственной информации.

Рис. 1.15. А.А. Ковалевский (1840-1901)

Рис. 1.16. И.И. Шмальгаузен (1884-1963)

Рис. 1.17. И.И. Мечников (1845-1916)

Рис. 1.18. С.Г. Навашин (1857-1930)

Два биохимики - испанец Северо Очоа (1905-1993) и американец Артур Корнберг (1918-2001) стали лауреатами Нобелевской премии в области физиологии и медицине 1959 года " за открытие механизмов биосинтеза РНК и ДНК. А в течение 1961-1965 годов благодаря работам лауреатов Нобелевской премии в области физиологии и медицины 1968 года американских биохимиков Маршалла Ніренберга (19272010), Роберта Холли (1922-1993) и индийского биохимика Хара Гобінда Хорани (1922-2010) был расшифрован генетический код и выяснена его роль в синтезе белков.

В разработке биотехнологических процессов часто применяют методы генетической и клеточной инженерии. Генетическая инженерия - это прикладная отрасль молекулярной генетики и биохимии, которая разрабатывает методы перестройки наследственного материала организмов изъятием или введением отдельных генов или их групп. Вне организма гены впервые синтезировал 1969 года Х.Г. Хорана. Того же года впервые удалось выделить в чистом виде гены бактерии - кишечной палочки. За последние десятилетия ученые расшифровали структуру наследственного материала различных организмов (мухдрозофіл, кукурузы и др.), и человека в частности. Это дает возможность решить много проблем, например, лечение различных болезней, увеличение срока жизни человека, обеспечение человечества продуктами питания и др.

За свои исследования в области биохимии получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1953 года два биохимики немецкого происхождения - английский Ханс Адольф Кребс (1900-1981) и американский Фриц Альберт Липман (1899-1986) за открытие цикла биохимических реакций во время кислородного этапа энергетического обмена (названный циклом Кребса). Американский химик Мелвин Калвин (1911-1997) изучил этапы преобразования карбон(II) оксида в углеводы во время темновой фазы фотосинтеза (цикл Кельвина), за что получил Нобелевскую премию по химии в 1961 году. 1997 года американскому врачу-биохимику Стэнли Прузінеру (1942 г. н.) была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине за исследование прионов - белковых инфекционных частиц, способных вызывать смертельно опасные заболевания головного мозга человека и сельскохозяйственных животных («коровье бешенство» и др.).

Важный вклад в развитие биологии принадлежит украинским ученым. В частности, исследования Александра Онуфриевича Ковалевского (рис. 1.15) и Ивана Ивановича Шмальгаузена (рис. 1.16) сыграли важную роль в развитии сравнительной анатомии животных, филогении и эволюционных взглядов. Илья Ильич Мечников (рис. 1.17) открыл явление фагоцитоза и развил теорию клеточного иммунитета, за что ему была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине в 1908 году. Он также предложил гипотезу происхождения многоклеточных животных. А.А. Ковалевского и И.И. Мечникова справедливо считают основателями эволюционной эмбриологии. Всемирную славу украинской ботанической школе принес Сергей Гаврилович Навашин (рис. 1.18), который в 1898 году открыл процесс двойного оплодотворения у цветковых растений.

Рис. 1.19. В.И. Вернадский (1863-1945)

Трудно представить современное развитие экологии без трудов нашего выдающегося соотечественника - Владимира Ивановича Вернадского (рис. 1.19). Он создал учение о биосфере - единой глобальной экосистеме планеты Земля, а также ноосфере - новом состоянии биосферы, вызванное умственной деятельностью человека. Как это часто бывает, идеи.И. Вернадского опередили свое время. Только теперь его прогнозы о ноосфере рассматривают как своеобразную программу, призванную обеспечить гармоничное сосуществование человека и окружающей природной среды, которое опирается на экологизацию всех сфер деятельности человека: промышленности, транспорта, животноводства и полеводства. В.И. Вернадский основал новую науку - біогеохімію, что изучает биохимическую деятельность живых организмов с преобразовании геологических оболочек нашей планеты.

Рис. 1.20. Отечественные ученые-биологи: А.В. Фомин (1869-1935) (1); Н.Г. Холодный (1882-1953) (2); А.В. Палладин (1885-1972) (3); С.М. Гершензон (1906-1998) (4); О.А. Богомолец (1881-1946) (5); Д.К. Заболотный (1866-1929) (6); П.Г. Костюк (1924-2010) (7)

Биология и история – межпредметные связи

Изучение биологии в школе предполагает рассмотрение современных экосистем и – при объяснении хода эволюции – объектов минувших геологических эпох, зачастую воспринимаемых учащимися абстрактно, как некая фантастика. Изменения же, происходившие в природе в течение исторического времени, в последние столетия и тысячелетия, остаются «за кадром». Школьный же курс истории посвящен развитию только человеческого общества и также не затрагивает изменений, происходивших в природе. А между тем сведения о таких изменениях способствуют формированию более правильного представления о развитии нашей цивилизации, осознанию сложной взаимосвязи между человечеством и природой, формируют экологическое, природоохранное мышление.

Сведения об истории отношений человека и природы, прошлом фауны и флоры лучше представлены в биологической и географической, нежели в исторической литературе. Поэтому межпредметные связи биологии с историей удобнее проводить учителям биологии, а не историкам. На уроке, в зависимости от темы, полезно привести 1–2 ярких примера из истории, – такие сведения с интересом воспринимаются учениками и неплохо запоминаются.

Более обширные исторические сведения можно использовать во внеклассной работе, в частности, при проведении предметных недель, различных викторин, при оформлении стенных газет. Учащимся, которые интересуются историей, можно поручить подготовить сообщения на историческую тему – но с упоминанием состояния окружающей среды и отношения к ней людей. Это помогает развивать у таких школьников интерес к биологии. Наконец, возможно проведение интегрированных уроков «Культура отдельных стран в определенные периоды», что предусмотрено программой по истории. Тут можно использовать материал по истории биологии, характеру использования природных ресурсов в разное время.

В разных классах могут затрагиваться разные темы – в соответствии с предметом изучения на уроках биологии и истории. Курс ботаники обычно совпадает с изучением истории Древнего мира, что позволяет рассматривать природные условия древних стран, их хозяйство и культуру.

Например, до нашей эры территории Испании, Греции, Италии, Китая были покрыты лесами. На юге Европы это были преимущественно буково-дубовые, грабовые, липовые леса. К началу нашей эры они в значительной мере уже были вырублены и заменялись зарослями кустарников. Походы римских завоевателей способствовали вырубке лесов и в центре Европы – в Германии, Франции. Здесь леса заменялись лугами, на которых выпасался скот.

На севере Африки, в Ливане были сильно подорваны запасы ливанского кедра – дерева, достигающего 7 м в обхвате ствола. Ливанский кедр описан в Библии, из него был построен дворец легендарного царя Соломона; из кедра строили храмы, делали корабли. Детали саркофага египетского фараона Тутанхамона, также сделанного из этого дерева, хорошо сохранились спустя 3200 лет. Сейчас ливанский кедр остался в очень малом количестве в нескольких местах в Сирии и Ливане и взят под строгую охрану.

Использование папируса как материала для производства своеобразной писчей бумаги подорвало его запасы, и он стал редким на большей части территории Египта уже к началу нашей эры.

Первое растение, исчезнувшее с лица Земли по вине человека – сильфий, высокое травянистое растение рода ферул семейства зонтичных, эндемик Севера Африки, росший возле города Кирены (ныне это территория Ливии). Корни сильфия славились как лекарство, подобно женьшеню. Его очень ценили и даже чеканили монеты с его изображением. Сбор растения был ограничен. Но римские завоеватели требовали от жителей Кирен такую непомерную дань в корнях сильфия, что его запасы быстро истощились, и к I в. н.э. (а по некоторым сведениям, и раньше) сильфий исчез. Современные его поиски успеха не имели, хотя в местах его бывшего распространения растут похожие растения рода Ferula .

История Древнего мира связана и с распространением культурных растений. Большинство из них выращивалось вблизи тех мест, где они возникли. Наиболее древние культуры существуют несколько тысячелетий: пшеница – в Египте, рис – в Китае, ячмень – в Месопотамии, горох, бобы, свекла – в Европе, редька – в Европе и Китае, капуста – в Средиземноморье, огурцы – в Индии. Строители пирамид в Египте ели чеснок, лук, огурцы, капусту и хлеб. Яблоневые сады в Египте существовали уже в середине II тысячелетия до н.э. Помимо культурных растений в пищу употребляли многие травы, о пищевой ценности которых ныне никто не вспоминает: зубровку, мяту, крапиву, лопух, мальву, лапчатку и т.д., а также водоросли. В Китае и Египте даже специально выращивали болотные и водные растения, чьи корни, стебли, листья употребляли в пищу: кувшинки, лотос, аир, стрелолисты, гелеохарис, рогоз, тростник, водяной орех, ряску и т.д.

Распространению новых сортов растений способствовали военные походы. Так, благодаря походам Александра Македонского, состоялось знакомство европейцев с бананами. Римский полководец Лукулл из походов в Малой Азии против Понтийского царя Митридата, привез в Рим вишни. Ассирийские цари Тигратпалассар, Саргон из своих походов привозили семена деревьев, в частности семена кедра, который стал распространяться в Малой Азии.

Большую роль в культуре играли и священные растения: лотос в Индии и Китае, египетский лотос (кувшинка Nymphaea lotos ) в Египте. В Древней Греции священными объявлялись дубовые и лавровые рощи у храмов. Считалось, что в деревьях обитают сверхъестественные существа – дриады. Особо старые большие дубы посвящались главному богу греков – Зевсу. От религиозных верований произошел обычай награждать героев венками из листьев лавра. Позднее, в Риме, стали популярны розы, из них делали венки и гирлянды. Букеты появились в Средние века. Розы как декоративные растения также были известны в Египте, а лилии – в Персии.

Первые школы садоводов возникли в Персии, там же начали создавать обширные парки, а в Древнем Вавилоне – наоборот, маленькие, закрытые садики, часто на террасах, как знаменитый сад царицы Семирамиды с искусственным орошением. В Древнем Риме декоративный и плодовый сад совмещался с огородом и посевами злаков. Римляне называли культурой переделанную человеком природу, ввели в практику декоративное подстригание кустов, деревьев, у них уже были теплицы – парники для огурцов.

«Отцом ботаники» назвывают эллинского ученого Теофраста – ученика «отца зоологии» Аристотеля. Теофраст в своей книге «Исследования о растениях» описал 480 видов растений. Древнеримский натуралист Плиний Старший в 37 томах книги «Естественная История» описал 1 тыс. растений, а писатели Катон Старший, Варрон, Колумелла составили руководства по растениеводству и сельскому хозяйству. В Китае в конце III тысячелетия до н.э., в книге «Бэн Цяо» («Книга о травах») было описано 10 тыс. лекарственных растений. Лекарственные растения были описаны и в Древнеиндийской книге «Аюрведа» («Наука о жизни»).

Школьный курс зоологии обычно совпадает по времени с изучением истории Средних веков. Тут можно использовать следующие факты.

Лев до X в. водился на юге Европы – на Балканах, на Кавказе, возможно, доходил до юга земель Киевской Руси. Фрески Киевского Софийского Собора изображают охоту князя Владимира Мономаха на зверя, похожего на льва. Часть зоологов считают, что это был тигр, который также в Средние века встречался в Средней Азии, на Кавказе, а вероятно и дальше к западу. Только в начале XX в. тигр был истреблен в Закавказье, Средней Азии, прилегающих районах Ирана, Афганистана. Лев же оттеснен в глубину Африки, и лишь в очень небольшом количестве сохранился в нескольких заповедниках Индии. Страусы до XX в. водились на севере Аравийской и Сирийской пустынь, а в I–II вв. н.э. – в Китае, о чем упоминается в древней китайской энциклопедии.

Численность животных в Средние века, по тогдашним описаниям, была очень велика. Кости диких свиней и прочих копытных, найденные при археологических раскопках на территории Киевской Руси, свидетельствуют о больших размерах этих животных. Напротив, домашние животные, в частности лошади, были мельче. В Европе водились животные, которые были истреблены позже, к XVIII–XIX вв. Дикий бык – тур, родоначальник крупного рогатого домашнего скота, был в основном истреблен к XV в., даже его последующая охрана не помогла – в XVII в. тур был истреблен полностью. Та же участь постигла дикую лошадь – тарпана. В Сибири, Восточной Европе водился дикий осел – кулан, ныне он в небольшом количестве сохранился в Средней и Центральной Азии. Также исчез из Европейской части ареала сайгак, известный в средние века на Украине, в степях России. Эти животные очень часто описывались в старинных летописях и книгах как обычные виды.

Охота – важная часть экономики в Средние века. В Западной Европе она часто объявлялась привилегией феодалов, права крестьян на нее ограничивались, что зачастую становилось причиной народных восстаний. В ряде стран, в частности в России, охотничьи трофеи были основным источником мяса.

Шкурки куниц, белок, бобров, лис служили в Киевской Руси своеобразными деньгами. «Кунами» платили дань, штрафы, их дарили гостям.

В XVII в. пушнина, поступающая в царскую казну России от охоты, составляла треть доходов государства – это до 200 тыс. шкурок соболей, 10 тыс. шкурок черных лисиц, 500 тыс. шкурок белок ежегодно. Охотились на зубров (фактически истреблены к XVIII в., ныне сохранились только в заповедниках), кабанов, оленей, птиц.

Охота была основным развлечением феодалов и монархов, они проводили массовые облавы на животных с участием сотен слуг. При этом добывали сотни крупных зверей, включая волков, медведей и т.д. На охоте использовались лошади, специальные охотничьи собаки, которых стали тогда выводить, прирученные гепарды, соколы, в частности кречет. Принимались меры и по охране животных: законы царя Ашоки в Индии положили начало заповедникам, польский король Сигизмунд запретил охоту на зубра в Беловежской Пуще в XVII в., король Франции Франциск I издавал подобные законы в XVI в.

Тем не менее уже в XVIII в. в Западной Европе была почти истреблена основная масса животных и охота потеряла хозяйственное значение, став скорее развлечением. Промысловая охота сохранилась только на севере и востоке России, но уже к XVIII в. там был почти истреблен соболь. Его запасы восстановились только в 20-е гг. XX в.

Объектами охоты и питания на Руси и в Европе были необычные, по современным понятиям, виды птиц: цапли, аисты, лебеди, журавли, выпи, пеликаны, орланы, колпицы, сороки, грачи. На юго-западе Европы, в Средиземноморье, была популярна охота на мелких певчих воробьиных птиц: синиц, скворцов, жаворонков, соловьев, воробьев, щеглов, трясогузок, ласточек, пеночек, камышовок, дроздов, мухоловок, славок и др. В ряде стран мелких птиц ловят и едят до сих пор.

В Средние века в Европе начали распространяться домашние животные. С XVII в. известны многие породы собак, скота, особенно в Англии и Голландии. Помимо кошек для борьбы с мышами использовали ручных хорьков.

К X–XII вв. в Китае были выведены основные породы золотой рыбки, в Европу они были завезены в XVII в. Монархи держали зверинцы, например, король Франции Людовик XI – волков, орлов, гепардов; английские короли в XVI в. – львов; царь Иван грозный – медведей, которых по его приказу натравливали на людей. Периодически в Европу привозили попугаев. В 1513 г. португальскому королю Мануэлю I привезли живого носорога.

Культура животноводства росла постепенно. Сначала свиней держали полудикими в больших загонах, в лесу, лишь потом началась их селекция. Для добычи меда пчел выкуривали дымом из ульев и обычно уничтожали. При монастырях развивалось прудовое рыбоводство.

Крестовые походы XI–XIII вв. из Европы в Малую Азию способствовали расселению в Европе черных тараканов (Blatta orientalis) и черных крыс (Rattus rattus) ; крысы стали причиной эпидемии чумы. В результате четвертого крестового похода (1202–1204 гг.) на юг Франции были завезены грены шелкопряда из Византии, в Европе началось выращивание шелкопрядов. Ранее гусеницы шелкопряда были по приказу императора Византии Юстиниана контрабандой доставлены в Константинополь из Китая, где шелк получали уже на протяжении ряда веков.

Начало освоения португальцами Африки в XVI в. привело к истреблению больших нелетающих птиц дронтов на островах Маврикий и Родригес. Это, вероятно, первые птицы, истребление которых человеком отмечено в истории. К концу XVII в. голландцы почти истребили черного носорога на крайнем юге Африки. В результате колонизации Америки там стали распространяться лошади, постельные клопы и домовая мышь. В Европу из Америки завезли и расселили индеек – в район Южного Рейна в XVI в., в Британию – в XVII в. Как дикие птицы индюки прижились в Чехии после завозов в XVIII–XIX вв. Сейчас там в заповедниках обитает около 530 диких индюков, которые внесены в списки диких птиц Европы в конце XX в.

К XVII в. в Европе многие феодалы, монархи разводили собак комнатных пород. Французский король Людовик XIV был большим любителем кошек. Кардинал Ришелье также держал у себя десятки кошек. В парках при дворцах, держали павлинов.

Продолжение следует

Во всех теоретических и практических медицинских науках используются общебиологические закономерности.

Вопрос 2. Методы биологических наук

Основные методы биологии

Основными частными методами в биологии являются:

Описательный,

Сравнительный,

Исторический,

Экспериментальный.

Для того чтобы выяснить сущность явлений, необходимо прежде всего собрать фактический материал и описать его. Собирание и описание фактов были главным приемом исследования в ранний период развития биологии , который, однако, не утратил значения и в настоящее время.

Еще в XVIII в. получил распространение сравнительный метод, позволяющий путем сопоставления изучать сходство и различие организмов и их частей. На принципах этого метода была основана систематика и сделано одно из крупнейших обобщений – создана клеточная теория. Сравнительный метод перерос в исторический , но не потерял своего значения и сейчас.

Исторический метод

Исторический метод выясняет закономерности появления и развития организмов, становления их структуры и функций. Утверждением в биологии исторического метода наука обязана Ч. Дарвину.

Экспериментальный метод

Экспериментальный метод исследования явлений природы связан с активным воздействием на них путем постановки опытов (экспериментов) в точно учитываемых условиях и путем изменения течения процессов в нужном исследователю направлении. Этот метод позволяет изучать явления изолированно и добиваться повторяемости их при воспроизведении тех же условий. Эксперимент обеспечивает не только более глубокое, чем другие методы, проникновение в сущность явлений, но и непосредственное овладение ими.

Высшей формой эксперимента является моделирование изучаемых процессов. Блестящий экспериментатор И.П. Павлов говорил: «Наблюдение собирает то, что ему предлагает природа, опыт же берет у природы то, что он хочет».

Комплексное использование различных методов позволяет наиболее полно познать явления и объекты природы. Происходящее в настоящее время сближение биологии с химией, физикой, математикой и кибернетикой, использование их методов для решения биологических задач оказались весьма плодотворными.

Вопрос 3. Этапы развития биологии

Эволюция биологии

Развитие каждой науки находится в известной зависимости от способа производства , общественного строя, потребностей практики, общего уровня науки и техники. Первые сведения о живых организмах начал накапливать еще первобытный человек. Живые организмы доставляли ему пищу, материал для одежды и жилища. Уже в то время появилась необходимость знать свойства растений и животных, места их обитания и произрастания, сроки созревания плодов и семян, особенности поведения животных. Так постепенно не из праздной любознательности, а вследствие насущных повседневных потребностей накапливались сведения о живых организмах. Приручение животных и начало возделывания растений потребовали более глубоких сведений о живых организмах.

Первоначально накапливающийся опыт передавался устно от одного поколения другому. Появление письменности способствовало лучшему сохранению и передаче знаний.

Информация становилась полней и богаче. Однако длительное время вследствие низкого уровня развития общественного производства биологической науки еще не существовало.