Лекция 1. ВВЕДЕНИЕ В БИОЛОГИЮ. Биология как наука. Связь биологии с другими науками: Роль и место биологии в формировании современной научной картины мира. История биологии. Методы цитологии. Биология, ее задачи и разделы Биология - это совокупность наук о живой природе (от греч. «bios» – «жизнь», «logos» – «наука»). Биология — наука о жизни (живой природе), одна из естественных наук, объектами изучения которой являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой. Биология изучает все аспекты жизни, в частности, структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле. Классифицирует и описывает живые существа, происхождение их видов, взаимодействие 1 между собой и с окружающей средой. Задачи биологии: - систематизация многообразия живых организмов; - изучение закономерностей проявления жизни (строения и функций живых организмов и их сообществ, распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и неживой природой); - раскрытие сущности жизни. 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. Биологические науки можно разделить по направлениям исследований НАУКА ПРЕДМЕТ ИЗУЧЕНИЯ Науки, изучающие систематические группы живых организмов 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 Науки, изучающие структуру, свойства и проявления жизни Анатомия Наука о внутреннем строении Морфология Наука о внешнем строении Физиология Наука о жизнедеятельности целостного организма и его частей Генетика Наука о наследственности и изменчивости организмов Науки, изучающие разные уровни организации всего живого Молекулярная биология Наука о свойствах и проявлении жизни на молекулярном уровне Цитология Наука о клетках Гистология Наука о тканях Науки, изучающие структуру, свойства и проявления коллективной жизни и сообществ живых организмов Экология Наука об отношениях живых организмов между собой и с окружающей их средой Биогеография Наука о закономерностях географического распространения живых Науки о развитии живой материи Биология индивидуального развития Наука о развитии живого организма от момента его зарождения до Эволюционное учение Наука об историческом развитии живой природы Палеонтология Наука о развитии жизни в прошлые геологические времена Науки, использующие различные методы исследований Биохимия (на стыке биологии и химии) Наука о химических веществах и процессах в живых организмах Биофизика (на стыке биологии и физики) Наука о физических и физико-химических явлениях в живых организмах Прикладные науки Биотехнология Совокупность методов получения полезных для человека продуктов и явлений с помощью живых организмов Бионика Разработка технических устройств по подобию живых систем Растениеводство Разработка технологий выращивания сельскохозяйственных растений Животноводство Разработка технологий выращивания сельскохозяйственных животных Ветеринария Разработка технологий лечения сельскохозяйственных животных Основные этапы формирования биологии Биология как особая наука выделилась из естественных наук в XIX веке, когда были выявлены некоторые общие для всех живых организмов характеристики. Термин «биология» был введён независимо Готфридом Рейнхольдом Тревиранусом и Жаном Батистом Ламарком в 1802 году. Жан Батист Пьер Антуан де Моне Ламарк Готфрид Рейнхольд Тревиранус Многовековую историю биологической науки можно разделить на несколько этапов, которые объединяют в два основных: метафизический и дарвиновский. Метафизический этап связан с философским учением, по которому явления и тела природы рассматривались как навсегда данные, неизменные, изолированные и не связанные между собой. Метафизики считали, что виды растений и животных являются продуктом творческого акта и с самого начала организмы уже имели все характерные для них приспособления. Метафизические представления о природе смыкаются с креационизмом (лат. creatio — сотворение) и теологией (греч. θεός — Бог и греч. λόγος — слово, учение, наука) В период господства метафизики и креационизма в биологии зарождалось и развивалось течение, известное под названием трансформизма (лат. transformis — превращенный, изменяемый). Трансформизм считают предшественником эволюционного учения. Более высокий уровень познания природы связан с применение нового метода исследования. В обосновании проблем эволюции Дарвин широко применял исторический метод и разработал новые подходы к познанию живой природы. Это создало большие возможности для развития биологии во второй половине XIX в. на принципах историзма, эволюционизма. В пределах этих двух периодов можно выделить еще несколько этапов в биологии, которые совпадают со сдвигами в социально-экономической структуре общества, практической деятельности людей по освоению природы. С этих позиций весь длительный путь развития биологии делят на четыре основных эпохи. Эпоха практических донаучных знаний (от каменного века до XVI в.) Эпоха возникновения и оформления основных биологических наук (с XVI до середины XIX в.) Эпоха синтеза биологических знаний (с середины XIX в. до середины XXв.) Эпоха раскрытия сущности жизненных процессов (настоящее и будущее время) Систематизация знаний о человеке, растениях, животных в Древней Греции Несмотря на огромные заслуги науки Древнего Востока, подлинной родиной науки стала Древняя Греция (история Древней Греции рассматривается с III тысячелетия до н. э. до I века до н. э.). Именно здесь возникла наука, разрабатывающая научные представления о мире, не сводящиеся к сумме практических рецептов. Гиппократ (ок. 460—377 до н. э.) - первый ученый, создавший научную медицинскую школу. «Клятва Гиппократа» - обещание хранить человеческую тайну, не оставлять больного без медицинской помощи. Он собрал и систематизировал наблюдения о строении тела человека, описал кости крыши черепа и соединения костей при помощи швов, строение позвонков, ребер, внутренние органы, орган зрения, мышцы, крупные сосуды. Гиппократ объяснял неодинаковое течение одной и той же болезни у разных людей различным состоянием «соков тела» в организме человека: крови, слизи, желчи, черной желчи. Смесь этих жидкостей определяет индивидуальное своеобразие каждого организма. В переводе с греческого на латинский слово «смесь» звучит как «temperamentum» (т.о. Гиппократом была создана классификация темпераментов). Формально Аристотель не оставил классификации животных. Однако в его трудах встречаются в достаточном количестве определения, позволяющие воссоздать ту группировку животных форм, которую с правом можно рассматривать как классификационную схему. Он описал более 450 форм, разделив их на 2 большие группы: животных, снабженных кровью (позвоночные); бескровных (беспозвоночные). Животные с кровью, в свою очередь, были разделены им на группы, приблизительно отвечающие современным классам: живородящих (человек, киты и четвероногие) и яйцеродных, или яйцеживородящих (птицы, яйцекладущие четвероногие, змеи и рыбы). Лестница природы начинается с неорганических тел и через растения идет к прикрепленным животным — губкам и асцидиям, затем к голотуриям и далее к свободно-подвижным морским организмам и животным ведущих наземный образ жизни. Лестница существ Аристотеля является первой идеей об усложнении форм природы, о ступенчатом развитии живых существ. Вот как выглядела «лестница природы» Аристотеля: 1)Человек; 2) Животные; 3) Зоофиты; 4) Растения; 5) Неорганическая материя. Теофраст (372-287 до н. э.) - древнегреческий естествоиспытатель и философ, один из первых ботаников древности, ученик и друг Аристотеля. Автор св. 200 трудов по естествознанию (физике, минералогии, физиологии и др.), философии и психологии. Создал классификацию растений, систематизировал накопленные наблюдения по морфологии, географии и медицинскому использованию растений. Написал две книги о растениях: «Историю растений» и «Причины растений», в которых даются основы классификации и физиологии растений, описано около 500 видов растений. Фронтиспис иллюстрированного издания Historia Plantarum, Амстердам, 1644 Взгляды и познания Аристотеля получили развитие в работах его ученика Теофраста (370—285 до н. э.). Наибольшее значение имеет работа «История растений». Наряду с прикладными сведениями о лечебных растениях, Теофраст сообщил данные о строении и размножении растений. Он впервые ввел в употребление термины — плод, околоплодник и сердцевина. Он различал такие способы размножения растений, как самопроизвольное зарождение, зарождение от семян, от корня, от клубня, от ветви, ствола и черенка. Теофраст описал прорастание семян разных видов растений, отметил места закладки в семени корня и стебля, обнаружил различия между однодольными (злаками) и двудольными (бобовыми) растениями. Гален (130—200) - римский медик, хирург и философ , написал множество трудов по всем отраслям медицины. Гален изучил анатомию овец, быков, свиней, собак, медведей и многих других позвоночных животных. Титульный лист сочинения Галена De curandi ratione. Издание 1529 года Анатомией Галена, основанной на диссекции обезьян и свиней, пользовались до появления в 1543 году труда «О строении человеческого тела» Андреаса Везалия, его теория кровообращения просуществовала до 1628 года, когда Уильям Гарвей опубликовал свой труд «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных», в котором дал описание роли сердца в кровообращении. Им было детально изучена центральная и периферическая нервная система. Одной из крупных ошибок, допущенных им и долго удерживавшейся в науке под влиянием его авторитета, было его убеждение в том, что кровь проходит из одного желудочка сердца в другой через отверстие в перегородке между желудочками. Биология в средние века Период с V по XV в., принято называть «средними веками», или «средневековьем». Это было время возникновения и развития феодализма со свойственной ему политической и идеологической надстройкой. Религия являлась господствующей идеологией феодального общества в средние века как на Западе, так и на Востоке. В период раннего средневековья центр научной мысли перемещается из Римской империи в Арабский мир (Арабский халифат). Благодаря арабам сохраняются тексты философов Древней Греции и Рима, они выступают связующим звеном между Западом и Востоком. В основе их научных знаний прослеживается наследие рационализма европейских ученых и ментальность ученых из Древней Индии и Древнего Китая. В Западной Европе, все науки подчинены религиозной идеологии, познание сводится к откровению и направлено на созерцание природы, так как природа является отображением Высшего закона, которого не возможно понять, а необходимо верить. Биологические знания в эпоху Возрождения (нач. XIV — последняя четверть XVI в.) Это период накопления нового материала в естествознании, разработка новых методов познания. Одним из основоположников нового экспериментального естествознания в эпоху Возрождения был Леонардо да Винчи ( 1452 — 1519). Он занимался математикой, гидромеханикой, геологией и физической географией, метеорологией, химией, астрономией, ботаникой, а также анатомией и физиологией человека и животных. Им написаны работы : «О летании и движении тел в воздухе», «О свете, зрении и глазе». Им создана целая система изображений органов и частей тела в поперечном сечении. В дальнейшем этот прием стал широко использоваться при изучении анатомии человека. Одним из первых Леонардо да Винчи предпринял попытку упорядочить анатомические названия. Он дал первую классификацию мышц человеческого тела, взяв за основу их положение и функцию. Андре́ас Веза́лий (1514-1564) – основоположник научной медицины. Одним из первых стал изучать человеческий организм с помощью проведения вскрытий. В 1543 году издаёт свой главный труд «О строении человеческого тела», в котором обобщил и систематизировал достижения в области анатомии. Текст книги сопровождался 250 рисунками художника Стефана ван Калькара, постоянного иллюстратора книг Везалия. Изучая труды Галена, он исправил свыше 200 ошибок античного автора. Трупы ему приходилось тайно добывать на кладбище, так как в то время вскрытие трупа человека было запрещено церковью. В основу книги легли лекции, которые он читал в Падуе. Эти лекции отличались от принятых в то время тем, что Везалий для иллюстрации своих слов препарировал человеческие трупы. В книге содержится тщательное исследование органов и всего устройства человеческого тела. Эпоха возникновения и оформления основных биологических наук Развитие науки в Новое Время (XVI—XVIII вв.) Начиная с XVI—XVIII вв. во многих странах открываются университеты, выделяются медицинские факультеты, закладывается фундамент научной анатомии и физиологии. Увеличивается число научных учреждений и обществ, возникают ученые ассоциации, именовавшихся академиями. В это время создаются ботанические сады, перед которыми ставятся как чисто научные задачи, так и задачи, вытекающие из потребностей сельского хозяйства, медицины, промышленности. 1724 г. - основанием в Российской академии наук. В составе Академии сразу же была утверждена кафедра анатомии и физиологии. В России начинается процесс формирования системы образовательных и научноисследовательских центров. 1755 – создание Московского университета, 1798 - Петербургской медико-хирургической академии. Первое здание Московского университета Здание Московского университета на Моховой Главным результатом развития ботаники в Новое Время было описание и классификации большого числа видов растительных видов. Поэтому этот период часто называют период первоначальной инвентаризации. Открытия в анатомии послужили основой для более глубоких исследований в области физиологии. Испанский врач Мигель Сервет (1511—1553), ученик Везалия Р. Коломбо (1516—1559) высказали предположение о переходе крови из правой половины сердца в левую через легочные сосуды. После многочисленных исследований английский ученый Уильям Гарвей (1578—1657) издал книгу «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных» (1628). В нем были приведены доказательства наличия кровообращения, даны описания его большого и малого кругов. Гарвей установил, что сердце является центром кровообращения. Ставя опыты с перерезкой и зажимом сосудов, Гарвей выяснил вопрос о направлении движения крови, о значении клапанов. Эти сосуды были открыты позже, в 1661 г., основателем микроскопической анатомии М. Мальпиги. Уильям Гарвей (1578—1657) — английский медик, основоположник физиологии и эмбриол огии, открытие кровообращения Рисунок в книге Уильяма Гарвея «О движении сердца» — это изображение руки, вены и клапаны на которой деформированы после наложения жгута. Наблюдавшиеся Гарвеем разбухание вены ниже и спадение ее выше места пережатия впервые навели его на мысль о том, что вся венозная кровь движется в направлении сердца Мироскопическая анатомия и изучение простейших Успехи в этой области связаны с деятельностью двух крупнейших натуралистов — Марчелло Мальпиги и Антони Левенгука. Мальпиги обнаружил капилляры. Это открытие дополняло учение Гарвея о кровообращении, показывая действительную связь артериальной и венозной систем. Мальпиги описал микроскопическое строение легких, печени, почек, селезенки. Он исследовал беспозвоночных животных и открыл у них особые образования, выполняющие выделительную функцию, названные впоследствии «мальпигиевыми сосудами». Он описал микроструктуру листьев, стеблей и корней. Марче́лло Мальпи́ги (1628 — 1694) — итальянский биолог и врач. Антони Левенгук обнаружил красные кровяные тельца, углубил исследование капилляров, изучал микроскопическую анатомию глаза, нервов, зубов. Ему принадлежит открытие в 1677 г. сперматозоидов. Кроме микроскопических исследований человека, Левенгук положил начало изучению простейших. Он открыл инфузорий, саркодовых, бактерий. Все эти формы он объединил под общим названием «анималькули», т.е. зверьки. Он описал не только строение многих из них, но и способы движения и даже размножения Антони ван Ле́венгук (1632 — 1723) — нидерландский натуралист, конструктор микроскопов, основоположник научной микроскопии Немецкий ученый Роберт Кох - основатель современной микробиологии. Открыл возбудителей заболеваний: сибирской язвы, бубонной чумы, сонной болезни, столбняка, туберкулеза – «палочки Коха». Основатель современной микробиологии. Открыл возбудителей заболеваний: сибирской язвы, бубонной чумы, сонной болезни, столбняка, туберкулеза – «палочки Коха». Роберт Кох (1843 — 1910) Французский микробиолог Пастер изучал возможность самозарождения микроорганизмов. Он провёл опыт, доказавший невозможность самозарождения микробов, взяв термически стерилизованную питательную среду и поместив её в открытый сосуд с длинным изогнутым горлышком. Сколько бы сосуд ни стоял на воздухе, никаких признаков жизни в нём не наблюдалось, поскольку содержащиеся в воздухе споры бактерий оседали на изгибах горлышка. Но стоило отломить его или сполоснуть жидкой средой изгибы, как вскоре в среде начинали размножаться микроорганизмы, вышедшие из спор. Луи Пастер (1822 — 1895) Обнаружив в явления фагоцитоза, разработал на основе его изучения сравнительную патологию воспаления, а в дальнейшем — фагоцитарную теорию иммунитета Илья Ильич Мечников (1845— 1916) Труды Л. Пастера и И. Мечникова определили появление иммунологии. Го́тфрид Ви́льгельм Ле́йбниц (1646 — 1716) саксонский философ, логик, математик, механик, физик. Распространение принципа непрерывности на биологические явления привело Лейбница к разработке учения о «лестнице существ», получившей широкое признание в XVIII в. Однако все ступени лестницы существ Лейбниц мыслил существующими одновременно, изначальными, созданными богом и вечными. На основе принципа непрерывности Лейбниц дал одну из первых в новой философии формулировок идеи всеобщей связи сущего: «Всё во вселенной находится в такой связи, что настоящее всегда скрывает в своих недрах будущее, и всякое данное состояние объяснимо естественным образом только из непосредственно предшествовавшего ему». Основываясь на этом положении, Лейбниц пришёл к выводу об органическом родстве всех живых существ и о их связи с неорганической природой Распространение принципа непрерывности на биологические явления привело Лейбница к разработке учения о «лестнице существ», получившей широкое признание в XVIII в. Классификация растений и животных К. Линнея Карл Линне́й ( 1707- 1778) шведский естествоиспытатель (ботаник, зоолог, минералог), автор выдающихся трудов: «Основания ботаники», «Философия ботаники», «Роды растений», «Виды растений», «Система природы» и др., создатель единой системы классификации растительного и животного мира, в которой были обобщены и в значительной степени упорядочены знания всего предыдущего периода развития биологической науки. Достижением Линнея стало выделение биологического вида в качестве исходной категории в систематике, а также определение критериев отнесения природных объектов к одному виду. Основной заслугой Линнея является окончательное утверждение бинарной номенклатуры, усовершенствование и «стандартизация» ботанической терминологии. Вместо громоздких определений он ввел краткие и четкие диагнозы, содержавшие в определенном порядке перечень характеристик растений Титульный лист первого издания «Системы природы» (1735) Жан Батист Пьер Антуан де Моне Шевалье Ламарк ( 1744 — 1829) — французский учёныйестествоиспытатель. Ламарк стал первым биологом, который попытался создать стройную и целостную теорию эволюции живого мира. Отрицал существование видов. Важным трудом Ламарка стала книга «Философия зоологии», опубликованная в 1809 году. Жан-Батист Ламарк в своем труде «Флора Франции» (1778) критически пересмотрел системы растительного мира Линнея, Жюссье и Турнефора, четко провел бинарную номенклатуру, впервые предложил определительные таблицы, основанные на дихотомическом принципе. В работе «Классы растений» (1786) Ламарк подразделил растительный мир на 6 классов и 94 семейства и в известной мере приблизился к естественной классификации. В «Естественной истории растений» (1803) Ламарк, разделил растительный мир на 7 классов, заключающих 114 семейств и 1597 родов. Он расположил все формы в порядке восхождения от простого к сложному. В основании растительного мира он поместил грибы, водоросли и мхи, на его вершине многолепестковые цветковые растения. Таким образом, в своем стремлении построить естественную систему растений ботаники 18 века добивались использования не какого-нибудь одного признака, а их комплекса. Их работы имели большое научное значение и создавали предпосылки для эволюционного учения. Х ІХ век ознаменовался рождением трёх величайших теорий – клеточной, эволюционной и теории наследственности. Клеточная теория — основополагающая для биологии теория, сформулированная в середине XIX века, предоставившая базу для понимания закономерностей живого мира и для развития эволюционного учения. Маттиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию, основываясь на множестве исследований о клетке (1838). Рудольф Вирхов позднее (1858) дополнил её важнейшим положением (всякая клетка происходит от другой клетки). Шлейден и Шванн, обобщив имеющиеся знания о клетке, доказали, что клетка является основной единицей любого организма. Клетки животных, растений и бактерии имеют схожее строение. Позднее эти заключения стали основой для доказательства единства организмов. Маттиас Якоб Шлейден (1804— 1881) — немецкий ботаник Теодор Шванн (1810 — 1882) — немецкий цитолог, гистолог и физиолог, автор клеточной теории Положения клеточной теории Шлейдена-Шванна: Все животные и растения состоят из клеток. Растут и развиваются растения и животные путём возникновения новых клеток. Клетка является самой маленькой единицей живого, а целый организм — это совокупность клеток. Эпоха синтеза научных биологических знаний Чарлз Ро́берт Да́рвин (1809 — 1882) — английский натуралист и путешественник, одним из первых пришёл к выводу и обосновал идею о том, что все виды живых организмов эволюционируют во времени и происходят от общих предков. В своей теории, развёрнутое изложение которой было опубликовано в 1859 году в книге «Происхождение видов», основным механизмом эволюции Дарвин назвал естественный отбор. Позднее развивал теорию полового отбора. Ему также принадлежит одно из первых обобщающих исследований о происхождении человека. Предпосылки возникновения теории Ч. Дарвина: - наблюдения постепенности изменений животного мира, наличие ископаемых гигантских броненосцев; - анализ истории выведения пород голубей, собак, сортов культурных растений (искусственный отбор). Вояж корабля «Бигль» (1831-1836) Теория Ч. Дарвина основана на следующих положениях: 1. Стремление каждого вида к беспредельному размножению. 2. Изменчивость. 3. Наследственность некоторых изменений. Логический вывод из этих положений – борьба за существование. Особое значение имеет дарвиновский принцип расхождения признаков, объясняющий процесс образования систематических группировок через вымирание промежуточных форм. Наблюдение Дарвина: все живое производит потомства гораздо больше, чем может выжить (чем позволяют ресурсы) борьба за существование Синтетическая теория эволюции Синтетическая теория эволюции (СТЭ) — современная эволюционная теория, которая является синтезом различных дисциплин, прежде всего, генетики и дарвинизма. СТЭ также опирается на палеонтологию, систематику, молекулярную биологию и другие. В 1930-40-е годы быстро произошел широкий синтез генетики и дарвинизма. Термин «современный» или «эволюционный синтез» происходит из названия книги Дж. Хаксли «Evolution: The Modern synthesis» (1942). Джу́лиан Со́релл Ха́ксли (1887—1975) — английский биолог, эволюционист и гуманист, политик. Один из создателей синтетической теории эволюции. После переоткрытия законов Менделя (в 1901 г.), доказательства дискретной природы наследственности и особенно после создания теоретической популяционной генетики трудами Р. Фишера, Дж. Б. С. Холдейнамладшего, С. Райта, учение Дарвина приобрело прочный генетический фундамент. Ч. Дарвин Р. Фишер Дж. Б. С. Холдейн-мл. Важной предпосылкой для возникновения новой теории эволюции явилась книга английского генетика, математика и биохимика Дж. Б. С. Холдейна-младшего, издавшего её в 1932 году под названием «The causes of evolution». Холдейн, создавая генетику индивидуального развития, сразу же включил новую науку в решение проблем макроэволюции. Г. Мендель Развитие физиологии в ХIХ- ХХ в. связано с именами великих российских ученых И. Сеченова, заложившего основы изучения высшей нервной деятельности, и И.Павлова, создавшего учение об условных рефлексах. Иван Михайлович Сеченов (1829 – 1905) Ива́н Петро́вич Па́влов (1849—1936) В 1863 г. опубликовал книгу «Рефлексы головного мозга», где приводил убедительные доказательства рефлекторной природы психической деятельности. Понятие «ВНД» И. П. Павлов ввел вместо существовавшего ранее понятия «психическая деятельность», что способствовало изучению психической деятельности с помощью объективного метода, т.е. условных рефлексов, открытых им. И.П.Павлов определил предметом физиологии ВНД исследование высших (психических) форм деятельности мозга. Основная задача физиологии ВНД — объективное изучение материального субстрата психической деятельности. Основные ветви биологии Биология тесно связана с другими естественными науками. Так, на стыке между биологией и химией появились биохимия и молекулярная биология, между биологией и физикой – биофизика, между биологией и астрономией – космическая биология. Экология, находящаяся на стыке биологии и географии, в настоящее время часто рассматривается как самостоятельная наука. В настоящее время биология условно разделяется на две большие группы наук. Биология организмов: науки о растениях (ботаника), животных (зоология), грибах (микология), микроорганизмах (микробиология). Эти науки изучают отдельные группы живых организмов, их внутреннее и внешнее строение, образ жизни, размножение и развитие. Общая биология: молекулярный уровень (молекулярная биология, биохимия и молекулярная генетика), клеточный (цитология), тканевой (гистология), органы и их системы (физиология, морфология и анатомия), популяции и природные сообщества (экология). Общая биология изучает жизнь на различных уровнях. Методы биологических исследований. Определение понятий Методы исследования - это способы достижения цели исследовательской работы. Научный метод - это совокупность приёмов и операций, используемых при построении системы научных знаний. Научный факт - это результат наблюдений и экспериментов, который устанавливает количественные и качественные характеристики объектов. Методологическая основа научного исследования - это совокупность методов научного познания, используемых для достижения цели данного исследования. Методы биологических исследований. Современная биология располагает широким набором методов исследования. Основными являются следующие методы. Название метода Характеристика Метод наблюдения и описания Сбор и описание фактов Метод измерений Измерение характеристик объектов Сравнительный метод Анализ сходства и различий изучаемых объектов Исторический метод Изучение хода развития исследуемого объекта Метод эксперимента Изучение явления природы в заданных условиях Метод моделирования Описание сложных природных явлений относительно простыми моделями Метод прогнозирования Предсказание будущего объекта или процесса Методы познания живой природы. Каждая из биологических наук, исходя из особенностей изучаемого предмета, использует собственные специфические методы исследования и методы смежных наук (физики, химии, географии и др.). Связь биологии с другими науками Биология принадлежит к комплексу естественных наук, то есть наук о природе, и тесно связана с другими науками: фундаментальными (математикой, физикой, химией);естественными (геологией, географией, почвоведением); общественными (психологией, социологией); прикладными (биотехнологией, бионикой, растениеводством, охраной природы). Связь биологии с географией 1. Предмет изучения обеих наук - природа. Биология изучает биотический фактор природы, объекты живой природы (животных, растения, грибы, бактерии) , а география абиотический фактор природы, объекты неживой природы ( рельеф, моря, реки, вулканы, ветра, карстовые пещеры, климат и т. д. ) 2. Для изучения биогеоценозов дифференцировались такие дисциплины, как БИОГЕОГРАФИЯ и ГЕОБОТАНИКА. 3. Биологию и географию связывает проблема рационального природопользования. Также можно упомянуть, что бесчисленное количество биологического материала в виде гербария, живых объектов, зарисовок, спилов, раковин, скелетов и прочее поставляли географы-путешественники. ГЕОГРАФИЯ И ЭКОЛОГИЯ Географическое и экологическое тесно взаимосвязаны. С одной стороны, это объясняется тем, что географические знания способствовали возникновению и формированию биологической экологии как науки. С другой стороны, решение современных экологических проблем, как правило, требует обращения к географической науке, которая дает не только конкретные знания об отдельных географических процессах и явлениях, но и комплексное видение природной и социальной среды. Фундаментальные и прикладные направления современной биологии Биология — наука фундаментальная и комплексная. Фундаментальная, т. к. является теоретической основой (фундаментом) для прикладных дисциплин: медицины, ветеринарии, агрономии, зоотехники, психологии, пищевой промышленности, фармакологии, биотехнологии и селекции. Комплексная, т. к. представляет собой комплекс биологических наук. Прикладные науки Биотехнология Совокупность методов получения полезных для человека продуктов и явлений с помощью живых организмов Бионика Разработка технических устройств по подобию живых систем Растениеводство Разработка технологий выращивания сельскохозяйственных растений Животноводство Разработка технологий выращивания сельскохозяйственных животных Ветеринария Разработка технологий лечения сельскохозяйственных животных Бионика – наука, изучающая возможности использования в технических системах принципов, реализованных в живых системах. Гидробионика – наука, занимающаяся изучением способов реализации отдельных аспектов обитающих в воде организмов в искусственных системах. Эмблема бионики — скальпель и паяльник, перевитые интегралом В области бионического решения инженерных задач важным направлением является проблема роботов (промышленных, космических, подводных, копирующих действия человека и приводящихся в действие с помощью автоматизированных систем управления). Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц: орнитоптер. Эдвард Фрост (Кембриджшир, Англия) в 1902 году сконструировал орнитоптер из ивы, шёлка и перьев Попытка создания летательного аппарата на основе копирования летучей мыши, как образца летательного аппарата, принадлежит Клеману Адеру, создавшему в 1890 г. «Эол», который пролетел 50 м. Чертежи Эола Клемента Адера Клемент Адер (1841-1925) — французский инженер, известен главным образом своими работами в области авиации Он был похож на огромную летучую мышь из полотна и древесины, его размах крыла составил 16-ярдов (1 ярд=0.9144 м), аппарат был оборудован двумя толкающими пропеллерами с четырьмя лопастями, каждый из них был оснащён паровым двигателем мощностью 30 л.с. Основные направления работ по бионике охватывают следующие проблемы: - изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток (нейронов) и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики (нейробионика); - исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения; - изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике; исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей. Архитектурно-строительная бионика – новое направление в науке и практике архитектуры. Пример архитектурной бионики — аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений. Бионические аналогии в архитектуре: раковина моллюска и ресторан «Бермет» в г. Фрунзе