Розвиток біологічної науки
Терміни та поняття: натурфілософія, систематика, клітинна теорія.
Первинні уявлення про живу природу і перші спроби наукових узагальнень. Перші спроби систематизувати знання про живу природу належать давньогрецьким філософам. Античні мислителі висловлювали думки про сутність живого, походження тварин та людини.
Філософи-натуралісти Стародавньої Греції (V ст. до н. д.) вважали, що живі організми виникли з неживої матерії внаслідок її поступових змін. Причому потворні, неповноцінні істоти з часом вимерли, а гармонійні вижили й почали розмножуватися.
Найперші дослідження будови тіла людини провів видатний лікар, реформатор античної медицини, автор праць з анатомії «Про залози», «Про серце», «Про природу кісток» Гіппократ (мал. 12) (бл. 460-377 рр. до н. д.). Він досить добре знав будову серця, розрізняв артерії та вени, визначав черепномозкові та спинномозкові нерви. Гіппократ цілком справедливо вважав, що процес дихання відбувається за допомогою легень, але помилявся, думаючи, що цей процес слугує для охолодження серця. Він висловив геніальну на той час думку про зв'язок головного мозку з психічною діяльністю людини. (Пригадайте типи темпераменту та чотири основні «тілесні рідини», з якими їх пов'язував Гіппократ.)
Початок власне біологічної науки заклав у своїх працях давньогрецький вчений і філософ Аристотель (мал. 13) (384-322 рр. до н. д.), якого вважають засновником зоології. Він написав кілька спеціальних трактатів, присвячених будові, класифікації й виникненню тварин, найвідомішим з яких є «Історія тварин». У цій праці Аристотель описав будову тіла тварини, систему органів людини, здійснив порівняння будови тіла людини і тварини, розглянув способи розмноження й особливості розвитку тварин.
Засновником ботаніки вважають давньогрецького природодослідника Теофраста (мал. 14) (близько 372287 рр. до н. д.), улюбленого учня Аристотеля. У праці «Історія рослин» Теофраст описав різні способи розмноження рослин і процес проростання насіння, вказав на відмінності між однодольними і дводольними рослинами, визначив, що рослини можуть належати до чоловічої або жіночої статі. Він першим запровадив термін «плід».
Визначний біолог-дослідник, римський лікар Клавдій Гален (мал. 15) (н. д. 130-200) вважається батьком анатомії. Його авторитет як вченого був незаперечним понад тисячу років. Гален вивчав внутрішню будову свійських тварин: овець, биків, свиней, собак, а також мавп. Він дослідив і детально описав їхні серце, м'язову систему, центральну і периферичну нервові системи.
Біологія в Середні віки та епоху Відродження. В епоху Середньовіччя біологія практично не розвивалася.
(Пригадайте характерну ознаку цього періоду в історії людства.) Будь-які спроби проникнути в сутність природних явищ визнавалися єретизмом. Нечисленні сміливці, які наважувалися на це, зазнавали гонінь або були страчені. Серед них і видатний іспанський анатом Мігель Сервет (мал. 16) (1511-1553), який першим вказав на споріднені зв'язки між людиною і мавпою.
З XVI ст. розпочався бурхливий розвиток природознавства, філософії, мистецтва. Цей період називається епохою Відродження. Інтерес до природознавства був одним із чинників зародження промисловості, розвиток якої був неможливий без наукової революції. (Пригадайте з уроків історії, які саме наукові відкриття сприяли розвитку капіталістичних відносин на межі ХУ-ХУІ ст.)
Середньовічна біологія, як і антична, спочатку не відокремлювалася від філософії і тому називалась натурфілософією (від лат. натура — природа). Перші трактати про сутність та явища природи, присвячені питанням природознавства, були досить абстрактними. Проте поступово починають формуватися нові підходи до пізнання живої природи і набувають розвитку наукові методи досліджень — спостереження й експеримент. Саме на підставі експериментальних досліджень біологія сформувалася як наука.
Першочергову роль у становленні біології відіграли експериментальні дослідження з анатомії й фізіології людини, яких так потребувала медицина.
Не задовольняючись лекціями своїх учителів, які викладали за Галеном, Андреас Везалій (мал. 17) (1514-1564) під загрозою смертної кари потайки досліджував людські тіла. Везалій виправив близько 200 історичних помилок Галена, зокрема спростував твердження про те, що у чоловіків на одне ребро менше, ніж у жінок, та не знайшов кісточку, яка не горить у полум'ї і має таємничу силу, що дозволить людині воскреснути у день Страшного суду та постати перед Богом, як було описано у підручниках з анатомії того часу.
Інший видатний анатом, фізіолог та ембріолог Вільям Гарвей (мал. 18) (1578-1657) експериментально довів, що у людини відбувається безперервний замкнений кровообіг, встановив, що серце має м'язову будову і є органом кровообігу. Ці дослідження мали величезне значення: вони довели, що будова тіла і процеси, які відбуваються в організмі людини і тварини, подібні, а тому розуміння їхньої природи не потребує участі душі або божественного начала.
Геніальний художник, мислитель, технік Леонардо да Вінчі (1452-1519) протягом десятків років анатомував людські тіла і зробив багато точних замальовок. На жаль, його анатомічні трактати стали широковідомі лише через півтора століття після смерті автора і тому не мали впливу на розвиток цієї науки.
Важливий науковий напрям експериментальної біології кінця епохи Середньовіччя сформувався після відкриття дрібних істот, яких не здатне бачити око людини, а також клітинної будови організмів. Вивчення мікросвіту стало можливим завдяки розвитку оптики, винайденню лінз і мікроскопа. Значний внесок у розвиток мікроскопічних досліджень зробив англієць Роберт Гук (мал. 19) (1635-1703), який описав мікроскопічну будову тканин рослин та таких доволі дрібних об'єктів, як око мухи, крило бджоли, личинка комара. Виявив їх клітинну будову і голландець Антоні ван Левенгук (мал. 20) (1632-1723), який за допомогою виготовлених власноруч лінз із понад 250-кратним збільшенням першим побачив сперматозоїди, бактерії та найпростіших, назвавши їх «тваринками». (Пригадайте роздільну здатність сучасного світлового та електронного мікроскопа.) Сьогодні мікробіологія, засновником якої вважають Левенгука, переживає свій розквіт.
«Всі мої прагнення спрямовані лише на те, щоб зробити очевидною істину і докласти мій невеликий талант до того, щоб відволікти людей від старих та забобонних переконань», — писав Левенгук. (Чи існують у сучасному світі забобонні переконання, які не може пояснити біологічна наука?)
Становлення основних біологічних наук у XVIII-XIX ст. Протягом XVIII — першої половини XIX ст. відбулося остаточне становлення біології як науки, сформувалися основні її напрями. (Назвіть відомі вам біологічні дисципліни.) Це супроводжувалося важливими науковими відкриттями. До них належить встановлення наприкінці XVIII ст. факту «живлення» у рослин, в якому важливу роль відіграють сонячні промені. (Пригадайте, що таке фотосинтез.) Практичні результати експериментів з живлення рослин, що їх проводили не лише біологи, а й хіміки та фізики, довели, що вивчати живі істоти можна так само, як і неживі об'єкти — за допомогою методів фізичних наук: вимірювань, зважувань та обчислень.
Цей період ознаменувався становленням систематики як самостійної науки та формуванням клітинної теорії.
Накопичення знань про тварин і рослини потребувало їх систематизації. Спочатку види тварин і рослин упорядковували за алфавітом, потім почали класифікувати за особливостями будови тіла і способу життя. Така класифікація допомагала ще й визначати види тварин і рослин. Вагомий внесок у формування системи тваринного і рослинного світу зробив шведський природознавець Карл Лінней (мал. 21) (1707-1778), який «зазирнув у кожну квітку» та за кількістю і характером тичинок поділив рослини на 24 класи. Його дослідження започаткували сучасну біологічну науку — систематику, завданням якої є впорядкування, класифікація всіх живих організмів. Головним недоліком системи Ліннея було те, що вона не враховувала спорідненості видів. Лише класифікація живих істот, побудована за багатьма ознаками, робить систему організмів сталою.
Цікаво, що сучасники Ліннея, зокрема Бюффон, рішуче заперечували класифікацію, яка, на їх думку, не тільки порушувала неперервність живих істот, але й «вбивала» прекрасний світ живої природи своєю штучністю. (Аяк вважаєте ви?)
Класифікацію Ліннея згодом було модифіковано. Адже науковець шукав лише подібні ознаки у рослин, і не бачив родинні зв'язки між видами, оскільки заперечував можливість еволюції та нерідко спирався у своїй роботі на інтуїцію та інстинкт натураліста.
У XIX ст. відбулися епохальні відкриття в області вивчення клітини. Було встановлено, що клітина складається з ядра і цитоплазми, а клітини тварин і рослин мають подібну будову. Спираючись на ці та інші факти, зокрема результати емпіричних досліджень Мат-тіаса Шлейдена (1804-1881) щодо ролі ядра в клітинах рослин, німецький біолог Теодор Шванн (мал. 22) (1810-1882) у 1839 р. сформулював теоретичне положення, відповідно до якого всім організмам властива клітинна будова. Клітинна теорія Т. Шванна містила й помилкові судження, зокрема вчений припускав, що клітини в організмі виникають шляхом новоутворень із первинної неклітинної речовини. Проте завдяки цій теорії стала очевидною спорідненість всіх живих істот — людина й інфузорія, миша і квасолина мають одну спільну ознаку: вони складаються з клітин.
Історія науки про живе налічує майже 2500 років. Біологія як наука сучасного типу сформувалася протягом відносно короткого періоду (близько 300 років), коли в біологічні дослідження були впроваджені наукові поняття і методи фізики та хімії, внаслідок чого виникла експериментальна біологія.
С.В.Межжерін, Я.О.Межжеріна, Т.В.Коршевнюк, Біологія, 10 клас
Надіслано читачами інтернет-сайтів
Становлення сучасної біології
Терміни та поняття: концепція креаціонізму, палеонтологія, трансформізм, еволюційна теорія, дарвінізм, природна система організмів, генетика, молекулярна біологія, екологія.
Формування еволюційної теорії. До XVIII ст. у біології панувало уявлення про сталість і незмінність видів організмів, а їх різноманітність пояснювали результатом божественного творіння.
Наприкінці XVIII — початку XIX ст. ці погляди сформувалися як концепція (від лат. концепціо — розуміння, система) креаціонізму (від лат. креаціо — створення), згідно з якою світ людини та різні форми життя на Землі створені вищою надприродною силою. Її прихильники вважали, що видів існує стільки, скільки їх було під час створення світу.
Ілюстрацією панування креаціонізму в палеонтології того часу є опис скелета викопної гігантської саламандри як грішника — свідка Всесвітнього потопу.
Проте викопні рештки свідчили, що колись на Землі жили не окремі види тварин, що вимерли, а цілі групи, які послідовно змінювали одна одну. Для пояснення цієї суперечності французький зоолог Жорж Кюв'є (мал. 23) (1769-1832), якого вважають засновником палеонтології (від грец. палаїс — давній, онтос — істота, логос — вчення) — науки, що вивчає вимерлі організми, запропонував теорію, відповідно до якої в історії Землі були періоди катастроф, наслідком яких стало вимирання цілих груп тварин, після чого за волею Творця відбувалось оновлення тваринного і рослинного світу. Науковець доводив, що у світі тварин існує чотири типи тіла: членистий (раки, комахи, деякі черви); м'якотілий (равлики, восьминоги та ін.); хребетний та променевий. Якщо К. Лінней в основу своєї класифікації поклав виключно зовнішні ознаки, то Кюв'є додав до них анатомічні.
Кюв'є встановив принцип кореляції (від лат. кореляціо — співвідношення) органів. Наприклад, якщо звір мав ікла, то у нього не було рогів. На основі цього принципу науковець здійснив реконструкцію багатьох вимерлих тварин, яких раніше вважали «іграми природи» або «кістяками казкових велетнів» чи древніх святих.
Кюв'є описав близько 150 видів раніше невідомих науці ссавців та плазунів. «Дайте мені лише одну кістку, і я відновлю усю тварину», — говорив учений.
У той час, на противагу креаціонізму, розвивається трансформізм (від лат. трансформо — надавати нового вигляду, перетворювати) — вчення про історичну змінність організмів і походження одних видів від інших, що відбувається без участі Творця. Прибічниками цього вчення були Р. Гук, французький ботанік Жорж Луї Бюффон (мал. 24) (1707-1788), німецький природознавець і поет Йоганн Вольганг Гете (1749-1832), а також Еразм Дарвін (1731-1802) — англійський натураліст і поет, дід Чарлза Дарвіна.
Проте рушійні сили — фактори (від лат. фактор — той, що робить) еволюції (від лат. еволюціо — розгортання) — ці вчені детально не досліджували. Трансфор-місти обмежилися лише міркуваннями про первинну доцільність організмів і не розглядали власне біологічні механізми еволюційних перетворень, тому ця теорія трансформізму була таким самим умовиводом, як і креаціонізм.
Перша еволюційна теорія — система ідей про історичну змінність живого, що являла собою вершину трансформізму, була закладена французьким ученим Жаном Батістом Ламарком (мал. 25) (1744-1829). Основні положення цієї теорії викладено у праці «Філософія зоології»: організми змінюються під дією зовнішніх та внутрішніх факторів; види несталі і перетворюються в інші види; в організмах закладено прагнення до вдосконалення, на шляху до якого відбувається еволюція; зміни організмів, набуті за життя, успадковуються.
Ламарк одним із перших спробував розробити природну систему рослин. За ступенем удосконалення квітки та плоду він поділив їх на таємношлюбні, однолопасні, неповні, складноцвітні, однопелюсткові, багатопелюсткові.
(Чи використовують у сучасній ботаніці цю класифікацію?)
Сучасний погляд на теорію еволюції пов'язаний з ім'ям Чарлза Дарвіна (мал. 26) (1809-1882), його теорією природного добору, яку він виклав в опублікованій у 1859 р. праці «Походження видів шляхом природного добору». За Дарвіном, еволюція відбувається внаслідок взаємодії трьох основних біологічних факторів: мінливості, спадковості та природного добору. Мінливість надає матеріал для еволюційних перетворень, спадковість закріплює ці зміни, зберігаючи їх у потомках, а природний добір залишає лише особин з індивідуальними відмінностями, що сприяють виживанню організмів. Постійне накопичення нових ознак на певному етапі приводить до утворення нового виду. Саме нові види краще пристосовані до життя, ніж їхні попередники, здатні залишити більшу кількість по-томків, що поступово спричинює витіснення старих форм новими. Це вчення, у якому роль рушійної сили еволюції належить природному добору, називається дарвінізм.
У подальшому еволюційна теорія розвивалася, збагачувалася відомостями з інших розділів біології, доповнювала їх, створюючи нові еволюційні напрями. Виникли еволюційна морфологія, еволюційна палеонтологія та еволюційна ембріологія (від грец. ембріон — зародок). Засновниками останньої були професор Новоросійського університету в Одесі Ілля Ілліч Мечніков (мал. 27) (1845-1916) і академік Петербурзької Академії наук, директор Севастопольської біологічної станції у 1892-1901 рр. Олександр Онуфрійович Ковалевський (1840-1901).
У XX ст. на основі дарвінізму й досягнень інших біологічних наук виникла синтетична теорія еволюції, яка об'єднала дарвінізм з досягненнями генетики. У її розвиток вагомий внесок зробив академік Академії наук України Іван Іванович Шмальгаузен (мал. 28) (1884-1963) — засновник і директор Інституту зоології, що сьогодні носить його ім'я, а також наш співвітчизник академік Національної академії США Феодосій Григорович Добжанський (мал. 29) (1900-1975).
Завершальним етапом формування еволюційного вчення стало проникнення ідей дарвінізму в біологічну систематику. Це привело до створення природної системи організмів, якою користуються й досі. На відміну від штучної системи Ліннея, її побудовано за принципом спорідненості організмів: близькі види тварин об'єднано в категорію «рід», близькі роди утворюють категорію «родина», а близькоспоріднені родини — «ряди». Основою для визначення спорідненості організмів слугують не поодинокі ознаки, а їх комплекси, також особливості індивідуального розвитку організмів і дані еволюційної палеонтології.
Засновником природної системи тварин вважають німецького біолога Ернста Геккеля (мал. 30) (1834-1919), який першим побудував філогенетичне (від грец. філе — плем'я, генезис — походження) дерево царства Тварини.
Виникнення генетики й формування молекулярної біології. Пояснити механізми успадкування ознак намагалися ще Гіппократ і Аристотель. У подальшому вчені докладали великих зусиль, аби розкрити таємниці спадковості. Після перевідкриття у 1900 р. одночасно трьома вченими, незалежно один від одного, законів спадковості, установлених у 1865 р. Грегором Менделем (мал. 31) (1822-1884), виникла генетика (від грец. генезис — походження) — наука про мінливість і спадковість організмів. Принципово новим у працях Менделя було твердження про переривчастий характер спадковості, відкриття корпускул (від лат. корпускулюм — частка), одиниць спадковості, які у 1906 р. отримали назву — гени (від грец. генос — рід, походження).
У 20-ті роки XX ст. розпочинаються бурхливі генетичні дослідження, і за кілька десятиліть генетика стає однією з найрозвиненіших біологічних наук, які використовували передові експериментальні методи. Такий стрімкий розвиток генетики був зумовлений як потребами сільського господарства, так і досягненнями інших галузей біології, що були підґрунтям для експериментального вивчення спадковості. Серед визначних учених-генетиків того часу особливе місце посідає академік Російської академії наук і Національної академії наук України Микола Іванович Вавилов (мал. 32) (1887-1943) — видатний організатор селекційної роботи, який виявив центри походження культурних рослин, сформулював ряд теоретичних положень генетики, зокрема закон гомологічних рядів у спадковій мінливості, що відіграв важливу роль у розвитку сільськогосподарських наук.
«В еволюційному розвитку немає хаосу; не дивлячись на різноманітність форм живого, мінливість вкладається у певні закономірності», — стверджував учений.
Успіхи біології XX ст. були б неможливі без використання досягнень інших наук, насамперед фізики й хімії. Саме завдяки методам фізики й хімії упродовж десятиліть розкрито численні таємниці генів: встановлено, що гени містяться в хромосомах і є одиницею спадкового матеріалу, який відповідає за формування певної елементарної ознаки. Далі було вивчено їх структуру і механізм дії. Особливе значення у дослідженнях, що інтенсивно проводилися в 40-50-х рр. XX ст., мали відкриття академіка НАН України Сергія Михайловича Гершензона (мал. 33) (1906-1999), досліди якого стали основою доведення того, що саме ДНК є носієм спадкової інформації.
Важливим відкриттям XX ст. стало розшифрування структури ДНК, яке в середині 50-х років здійснила група англійських учених. Модель структури ДНК побудували Джеймс Вотсон (мал. 34) (р. н. 1928) та Френсіс Гаррі Крік (мал. 35) (1916-2004). Це відкриття є початком молекулярної біології — науки, яка вивчає структуру й функції біологічних молекул та молекулярні основи спадковості. Сучасні успіхи молекулярної біології вражають. Нині можна вмістити ген бактерій в геном рослини, ген рослини — в геном тварини і навпаки. Такі досліди проводять у межах напряму сучасної науки, який отримав назву генної інженерії.
Виникнення і розвиток екології. Термін екологія (від грец. ойкос — оселя, середовище, логос — вчення) був запроваджений у 1869 р. Е. Геккелем, який окреслив коло питань, пов'язаних із впливом чинників живої й неживої природи на життя організмів. Ця наука первинно виникла виключно для того, щоб розвивати ідеї Дарвіна щодо природного добору.
В екології сформувалися положення, що є актуальними й сьогодні: 1) тварини і рослини живуть угрупованнями, яким притаманні власні правила та закони; 2) рослини і тварини утворюють покрив Землі; 3) речовина й енергія на Землі перебувають у стані кругообігу. Ключовим моментом становлення екології як науки було формулювання понять екосистема (від грец. ойкос — оселя, середовище, система — об'єднання) і біогеоценоз (від грец. біо — життя, ге — Земля, коїнос — загальний).
Визначним досягненням біології XX ст. стало виникнення ідеї про єдність живого на Землі, яка сформувалася у вигляді вчення про біосферу (від грец. біо — життя, сфера — куля) — живу оболонку Землі. Як не дивно, ідею про те, що на зовнішній оболонці Землі міститься «сфера життя», висловив ще Ламарк, а термін «біосфера» був запроваджений у 1875 р. австрійським геологом Едуардом Зюссом (мал. 36) (1831-1914).
Зюсс писав: «...як на Сонці виділяють концентричні оболонки, так, напевно, і на Землі можна відрізнити оболонки, з яких кожна знаходиться у численних зв'язках з іншими... Перша оболонка — атмосфера, друга — гідросфера і третя — літосфера... Одне здається чужорідним на цьому великому, утвореному зі сфер небесному тілі, а саме — органічне життя. Там воно обмежене певною зоною на поверхні літосфери. Рослини, коріння яких у пошуках їжі проникає у ґрунт і піднімається у повітря, щоб дихати, є гарною ілюстрацією розташування органічного життя... Вона (біосфера) простягається тепер як над сухою, так і над вологою поверхнею». (Пригадайте, в які періоди існування планети біосфера обмежувалась лише водним середовищем.)
Особливого значення для розвитку вчення про біосферу набули праці академіка Володимира Івановича Вернадського (мал. 37) (1863-1945) — першого президента Академії наук України. Нині екологія являє собою систему наук, що має незаперечне значення для охорони природи.
Вернадський стверджував, що важливим етапом еволюції біосфери буде її перехід до ноосфери (від лат. ноо — розум) — «сфери розуму» внаслідок розселення людини по усій поверхні планети, перемоги її над іншими біологічними видами, оволодіння силами природи та контролю над ними, розвитку позапланетних систем зв'язку, створення єдиної інформаційної системи, відкриття нових джерел енергії, залучення людей до наукової діяльності тощо. (Які прогнози науковця вже справдились?)
Ключовим етапом становлення сучасної біології є формування уявлень про еволюційний характер виникнення й розвитку життя на Землі, які з часом збагатились досягненнями генетики та екології.
Терміни та поняття: натурфілософія, систематика, клітинна теорія.
Первинні уявлення про живу природу і перші спроби наукових узагальнень. Перші спроби систематизувати знання про живу природу належать давньогрецьким філософам. Античні мислителі висловлювали думки про сутність живого, походження тварин та людини.
Філософи-натуралісти Стародавньої Греції (V ст. до н. д.) вважали, що живі організми виникли з неживої матерії внаслідок її поступових змін. Причому потворні, неповноцінні істоти з часом вимерли, а гармонійні вижили й почали розмножуватися.
Найперші дослідження будови тіла людини провів видатний лікар, реформатор античної медицини, автор праць з анатомії «Про залози», «Про серце», «Про природу кісток» Гіппократ (мал. 12) (бл. 460-377 рр. до н. д.). Він досить добре знав будову серця, розрізняв артерії та вени, визначав черепномозкові та спинномозкові нерви. Гіппократ цілком справедливо вважав, що процес дихання відбувається за допомогою легень, але помилявся, думаючи, що цей процес слугує для охолодження серця. Він висловив геніальну на той час думку про зв'язок головного мозку з психічною діяльністю людини. (Пригадайте типи темпераменту та чотири основні «тілесні рідини», з якими їх пов'язував Гіппократ.)
Початок власне біологічної науки заклав у своїх працях давньогрецький вчений і філософ Аристотель (мал. 13) (384-322 рр. до н. д.), якого вважають засновником зоології. Він написав кілька спеціальних трактатів, присвячених будові, класифікації й виникненню тварин, найвідомішим з яких є «Історія тварин». У цій праці Аристотель описав будову тіла тварини, систему органів людини, здійснив порівняння будови тіла людини і тварини, розглянув способи розмноження й особливості розвитку тварин.
Засновником ботаніки вважають давньогрецького природодослідника Теофраста (мал. 14) (близько 372287 рр. до н. д.), улюбленого учня Аристотеля. У праці «Історія рослин» Теофраст описав різні способи розмноження рослин і процес проростання насіння, вказав на відмінності між однодольними і дводольними рослинами, визначив, що рослини можуть належати до чоловічої або жіночої статі. Він першим запровадив термін «плід».
Визначний біолог-дослідник, римський лікар Клавдій Гален (мал. 15) (н. д. 130-200) вважається батьком анатомії. Його авторитет як вченого був незаперечним понад тисячу років. Гален вивчав внутрішню будову свійських тварин: овець, биків, свиней, собак, а також мавп. Він дослідив і детально описав їхні серце, м'язову систему, центральну і периферичну нервові системи.
Біологія в Середні віки та епоху Відродження. В епоху Середньовіччя біологія практично не розвивалася.
(Пригадайте характерну ознаку цього періоду в історії людства.) Будь-які спроби проникнути в сутність природних явищ визнавалися єретизмом. Нечисленні сміливці, які наважувалися на це, зазнавали гонінь або були страчені. Серед них і видатний іспанський анатом Мігель Сервет (мал. 16) (1511-1553), який першим вказав на споріднені зв'язки між людиною і мавпою.
З XVI ст. розпочався бурхливий розвиток природознавства, філософії, мистецтва. Цей період називається епохою Відродження. Інтерес до природознавства був одним із чинників зародження промисловості, розвиток якої був неможливий без наукової революції. (Пригадайте з уроків історії, які саме наукові відкриття сприяли розвитку капіталістичних відносин на межі ХУ-ХУІ ст.)
Середньовічна біологія, як і антична, спочатку не відокремлювалася від філософії і тому називалась натурфілософією (від лат. натура — природа). Перші трактати про сутність та явища природи, присвячені питанням природознавства, були досить абстрактними. Проте поступово починають формуватися нові підходи до пізнання живої природи і набувають розвитку наукові методи досліджень — спостереження й експеримент. Саме на підставі експериментальних досліджень біологія сформувалася як наука.
Першочергову роль у становленні біології відіграли експериментальні дослідження з анатомії й фізіології людини, яких так потребувала медицина.
Не задовольняючись лекціями своїх учителів, які викладали за Галеном, Андреас Везалій (мал. 17) (1514-1564) під загрозою смертної кари потайки досліджував людські тіла. Везалій виправив близько 200 історичних помилок Галена, зокрема спростував твердження про те, що у чоловіків на одне ребро менше, ніж у жінок, та не знайшов кісточку, яка не горить у полум'ї і має таємничу силу, що дозволить людині воскреснути у день Страшного суду та постати перед Богом, як було описано у підручниках з анатомії того часу.
Інший видатний анатом, фізіолог та ембріолог Вільям Гарвей (мал. 18) (1578-1657) експериментально довів, що у людини відбувається безперервний замкнений кровообіг, встановив, що серце має м'язову будову і є органом кровообігу. Ці дослідження мали величезне значення: вони довели, що будова тіла і процеси, які відбуваються в організмі людини і тварини, подібні, а тому розуміння їхньої природи не потребує участі душі або божественного начала.
Геніальний художник, мислитель, технік Леонардо да Вінчі (1452-1519) протягом десятків років анатомував людські тіла і зробив багато точних замальовок. На жаль, його анатомічні трактати стали широковідомі лише через півтора століття після смерті автора і тому не мали впливу на розвиток цієї науки.
Важливий науковий напрям експериментальної біології кінця епохи Середньовіччя сформувався після відкриття дрібних істот, яких не здатне бачити око людини, а також клітинної будови організмів. Вивчення мікросвіту стало можливим завдяки розвитку оптики, винайденню лінз і мікроскопа. Значний внесок у розвиток мікроскопічних досліджень зробив англієць Роберт Гук (мал. 19) (1635-1703), який описав мікроскопічну будову тканин рослин та таких доволі дрібних об'єктів, як око мухи, крило бджоли, личинка комара. Виявив їх клітинну будову і голландець Антоні ван Левенгук (мал. 20) (1632-1723), який за допомогою виготовлених власноруч лінз із понад 250-кратним збільшенням першим побачив сперматозоїди, бактерії та найпростіших, назвавши їх «тваринками». (Пригадайте роздільну здатність сучасного світлового та електронного мікроскопа.) Сьогодні мікробіологія, засновником якої вважають Левенгука, переживає свій розквіт.
«Всі мої прагнення спрямовані лише на те, щоб зробити очевидною істину і докласти мій невеликий талант до того, щоб відволікти людей від старих та забобонних переконань», — писав Левенгук. (Чи існують у сучасному світі забобонні переконання, які не може пояснити біологічна наука?)
Становлення основних біологічних наук у XVIII-XIX ст. Протягом XVIII — першої половини XIX ст. відбулося остаточне становлення біології як науки, сформувалися основні її напрями. (Назвіть відомі вам біологічні дисципліни.) Це супроводжувалося важливими науковими відкриттями. До них належить встановлення наприкінці XVIII ст. факту «живлення» у рослин, в якому важливу роль відіграють сонячні промені. (Пригадайте, що таке фотосинтез.) Практичні результати експериментів з живлення рослин, що їх проводили не лише біологи, а й хіміки та фізики, довели, що вивчати живі істоти можна так само, як і неживі об'єкти — за допомогою методів фізичних наук: вимірювань, зважувань та обчислень.
Цей період ознаменувався становленням систематики як самостійної науки та формуванням клітинної теорії.
Накопичення знань про тварин і рослини потребувало їх систематизації. Спочатку види тварин і рослин упорядковували за алфавітом, потім почали класифікувати за особливостями будови тіла і способу життя. Така класифікація допомагала ще й визначати види тварин і рослин. Вагомий внесок у формування системи тваринного і рослинного світу зробив шведський природознавець Карл Лінней (мал. 21) (1707-1778), який «зазирнув у кожну квітку» та за кількістю і характером тичинок поділив рослини на 24 класи. Його дослідження започаткували сучасну біологічну науку — систематику, завданням якої є впорядкування, класифікація всіх живих організмів. Головним недоліком системи Ліннея було те, що вона не враховувала спорідненості видів. Лише класифікація живих істот, побудована за багатьма ознаками, робить систему організмів сталою.
Цікаво, що сучасники Ліннея, зокрема Бюффон, рішуче заперечували класифікацію, яка, на їх думку, не тільки порушувала неперервність живих істот, але й «вбивала» прекрасний світ живої природи своєю штучністю. (Аяк вважаєте ви?)
Класифікацію Ліннея згодом було модифіковано. Адже науковець шукав лише подібні ознаки у рослин, і не бачив родинні зв'язки між видами, оскільки заперечував можливість еволюції та нерідко спирався у своїй роботі на інтуїцію та інстинкт натураліста.
У XIX ст. відбулися епохальні відкриття в області вивчення клітини. Було встановлено, що клітина складається з ядра і цитоплазми, а клітини тварин і рослин мають подібну будову. Спираючись на ці та інші факти, зокрема результати емпіричних досліджень Мат-тіаса Шлейдена (1804-1881) щодо ролі ядра в клітинах рослин, німецький біолог Теодор Шванн (мал. 22) (1810-1882) у 1839 р. сформулював теоретичне положення, відповідно до якого всім організмам властива клітинна будова. Клітинна теорія Т. Шванна містила й помилкові судження, зокрема вчений припускав, що клітини в організмі виникають шляхом новоутворень із первинної неклітинної речовини. Проте завдяки цій теорії стала очевидною спорідненість всіх живих істот — людина й інфузорія, миша і квасолина мають одну спільну ознаку: вони складаються з клітин.
Історія науки про живе налічує майже 2500 років. Біологія як наука сучасного типу сформувалася протягом відносно короткого періоду (близько 300 років), коли в біологічні дослідження були впроваджені наукові поняття і методи фізики та хімії, внаслідок чого виникла експериментальна біологія.
С.В.Межжерін, Я.О.Межжеріна, Т.В.Коршевнюк, Біологія, 10 клас
Надіслано читачами інтернет-сайтів
Становлення сучасної біології
Терміни та поняття: концепція креаціонізму, палеонтологія, трансформізм, еволюційна теорія, дарвінізм, природна система організмів, генетика, молекулярна біологія, екологія.
Формування еволюційної теорії. До XVIII ст. у біології панувало уявлення про сталість і незмінність видів організмів, а їх різноманітність пояснювали результатом божественного творіння.
Наприкінці XVIII — початку XIX ст. ці погляди сформувалися як концепція (від лат. концепціо — розуміння, система) креаціонізму (від лат. креаціо — створення), згідно з якою світ людини та різні форми життя на Землі створені вищою надприродною силою. Її прихильники вважали, що видів існує стільки, скільки їх було під час створення світу.
Ілюстрацією панування креаціонізму в палеонтології того часу є опис скелета викопної гігантської саламандри як грішника — свідка Всесвітнього потопу.
Проте викопні рештки свідчили, що колись на Землі жили не окремі види тварин, що вимерли, а цілі групи, які послідовно змінювали одна одну. Для пояснення цієї суперечності французький зоолог Жорж Кюв'є (мал. 23) (1769-1832), якого вважають засновником палеонтології (від грец. палаїс — давній, онтос — істота, логос — вчення) — науки, що вивчає вимерлі організми, запропонував теорію, відповідно до якої в історії Землі були періоди катастроф, наслідком яких стало вимирання цілих груп тварин, після чого за волею Творця відбувалось оновлення тваринного і рослинного світу. Науковець доводив, що у світі тварин існує чотири типи тіла: членистий (раки, комахи, деякі черви); м'якотілий (равлики, восьминоги та ін.); хребетний та променевий. Якщо К. Лінней в основу своєї класифікації поклав виключно зовнішні ознаки, то Кюв'є додав до них анатомічні.
Кюв'є встановив принцип кореляції (від лат. кореляціо — співвідношення) органів. Наприклад, якщо звір мав ікла, то у нього не було рогів. На основі цього принципу науковець здійснив реконструкцію багатьох вимерлих тварин, яких раніше вважали «іграми природи» або «кістяками казкових велетнів» чи древніх святих.
Кюв'є описав близько 150 видів раніше невідомих науці ссавців та плазунів. «Дайте мені лише одну кістку, і я відновлю усю тварину», — говорив учений.
У той час, на противагу креаціонізму, розвивається трансформізм (від лат. трансформо — надавати нового вигляду, перетворювати) — вчення про історичну змінність організмів і походження одних видів від інших, що відбувається без участі Творця. Прибічниками цього вчення були Р. Гук, французький ботанік Жорж Луї Бюффон (мал. 24) (1707-1788), німецький природознавець і поет Йоганн Вольганг Гете (1749-1832), а також Еразм Дарвін (1731-1802) — англійський натураліст і поет, дід Чарлза Дарвіна.
Проте рушійні сили — фактори (від лат. фактор — той, що робить) еволюції (від лат. еволюціо — розгортання) — ці вчені детально не досліджували. Трансфор-місти обмежилися лише міркуваннями про первинну доцільність організмів і не розглядали власне біологічні механізми еволюційних перетворень, тому ця теорія трансформізму була таким самим умовиводом, як і креаціонізм.
Перша еволюційна теорія — система ідей про історичну змінність живого, що являла собою вершину трансформізму, була закладена французьким ученим Жаном Батістом Ламарком (мал. 25) (1744-1829). Основні положення цієї теорії викладено у праці «Філософія зоології»: організми змінюються під дією зовнішніх та внутрішніх факторів; види несталі і перетворюються в інші види; в організмах закладено прагнення до вдосконалення, на шляху до якого відбувається еволюція; зміни організмів, набуті за життя, успадковуються.
Ламарк одним із перших спробував розробити природну систему рослин. За ступенем удосконалення квітки та плоду він поділив їх на таємношлюбні, однолопасні, неповні, складноцвітні, однопелюсткові, багатопелюсткові.
(Чи використовують у сучасній ботаніці цю класифікацію?)
Сучасний погляд на теорію еволюції пов'язаний з ім'ям Чарлза Дарвіна (мал. 26) (1809-1882), його теорією природного добору, яку він виклав в опублікованій у 1859 р. праці «Походження видів шляхом природного добору». За Дарвіном, еволюція відбувається внаслідок взаємодії трьох основних біологічних факторів: мінливості, спадковості та природного добору. Мінливість надає матеріал для еволюційних перетворень, спадковість закріплює ці зміни, зберігаючи їх у потомках, а природний добір залишає лише особин з індивідуальними відмінностями, що сприяють виживанню організмів. Постійне накопичення нових ознак на певному етапі приводить до утворення нового виду. Саме нові види краще пристосовані до життя, ніж їхні попередники, здатні залишити більшу кількість по-томків, що поступово спричинює витіснення старих форм новими. Це вчення, у якому роль рушійної сили еволюції належить природному добору, називається дарвінізм.
У подальшому еволюційна теорія розвивалася, збагачувалася відомостями з інших розділів біології, доповнювала їх, створюючи нові еволюційні напрями. Виникли еволюційна морфологія, еволюційна палеонтологія та еволюційна ембріологія (від грец. ембріон — зародок). Засновниками останньої були професор Новоросійського університету в Одесі Ілля Ілліч Мечніков (мал. 27) (1845-1916) і академік Петербурзької Академії наук, директор Севастопольської біологічної станції у 1892-1901 рр. Олександр Онуфрійович Ковалевський (1840-1901).
У XX ст. на основі дарвінізму й досягнень інших біологічних наук виникла синтетична теорія еволюції, яка об'єднала дарвінізм з досягненнями генетики. У її розвиток вагомий внесок зробив академік Академії наук України Іван Іванович Шмальгаузен (мал. 28) (1884-1963) — засновник і директор Інституту зоології, що сьогодні носить його ім'я, а також наш співвітчизник академік Національної академії США Феодосій Григорович Добжанський (мал. 29) (1900-1975).
Завершальним етапом формування еволюційного вчення стало проникнення ідей дарвінізму в біологічну систематику. Це привело до створення природної системи організмів, якою користуються й досі. На відміну від штучної системи Ліннея, її побудовано за принципом спорідненості організмів: близькі види тварин об'єднано в категорію «рід», близькі роди утворюють категорію «родина», а близькоспоріднені родини — «ряди». Основою для визначення спорідненості організмів слугують не поодинокі ознаки, а їх комплекси, також особливості індивідуального розвитку організмів і дані еволюційної палеонтології.
Засновником природної системи тварин вважають німецького біолога Ернста Геккеля (мал. 30) (1834-1919), який першим побудував філогенетичне (від грец. філе — плем'я, генезис — походження) дерево царства Тварини.
Виникнення генетики й формування молекулярної біології. Пояснити механізми успадкування ознак намагалися ще Гіппократ і Аристотель. У подальшому вчені докладали великих зусиль, аби розкрити таємниці спадковості. Після перевідкриття у 1900 р. одночасно трьома вченими, незалежно один від одного, законів спадковості, установлених у 1865 р. Грегором Менделем (мал. 31) (1822-1884), виникла генетика (від грец. генезис — походження) — наука про мінливість і спадковість організмів. Принципово новим у працях Менделя було твердження про переривчастий характер спадковості, відкриття корпускул (від лат. корпускулюм — частка), одиниць спадковості, які у 1906 р. отримали назву — гени (від грец. генос — рід, походження).
У 20-ті роки XX ст. розпочинаються бурхливі генетичні дослідження, і за кілька десятиліть генетика стає однією з найрозвиненіших біологічних наук, які використовували передові експериментальні методи. Такий стрімкий розвиток генетики був зумовлений як потребами сільського господарства, так і досягненнями інших галузей біології, що були підґрунтям для експериментального вивчення спадковості. Серед визначних учених-генетиків того часу особливе місце посідає академік Російської академії наук і Національної академії наук України Микола Іванович Вавилов (мал. 32) (1887-1943) — видатний організатор селекційної роботи, який виявив центри походження культурних рослин, сформулював ряд теоретичних положень генетики, зокрема закон гомологічних рядів у спадковій мінливості, що відіграв важливу роль у розвитку сільськогосподарських наук.
«В еволюційному розвитку немає хаосу; не дивлячись на різноманітність форм живого, мінливість вкладається у певні закономірності», — стверджував учений.
Успіхи біології XX ст. були б неможливі без використання досягнень інших наук, насамперед фізики й хімії. Саме завдяки методам фізики й хімії упродовж десятиліть розкрито численні таємниці генів: встановлено, що гени містяться в хромосомах і є одиницею спадкового матеріалу, який відповідає за формування певної елементарної ознаки. Далі було вивчено їх структуру і механізм дії. Особливе значення у дослідженнях, що інтенсивно проводилися в 40-50-х рр. XX ст., мали відкриття академіка НАН України Сергія Михайловича Гершензона (мал. 33) (1906-1999), досліди якого стали основою доведення того, що саме ДНК є носієм спадкової інформації.
Важливим відкриттям XX ст. стало розшифрування структури ДНК, яке в середині 50-х років здійснила група англійських учених. Модель структури ДНК побудували Джеймс Вотсон (мал. 34) (р. н. 1928) та Френсіс Гаррі Крік (мал. 35) (1916-2004). Це відкриття є початком молекулярної біології — науки, яка вивчає структуру й функції біологічних молекул та молекулярні основи спадковості. Сучасні успіхи молекулярної біології вражають. Нині можна вмістити ген бактерій в геном рослини, ген рослини — в геном тварини і навпаки. Такі досліди проводять у межах напряму сучасної науки, який отримав назву генної інженерії.
Виникнення і розвиток екології. Термін екологія (від грец. ойкос — оселя, середовище, логос — вчення) був запроваджений у 1869 р. Е. Геккелем, який окреслив коло питань, пов'язаних із впливом чинників живої й неживої природи на життя організмів. Ця наука первинно виникла виключно для того, щоб розвивати ідеї Дарвіна щодо природного добору.
В екології сформувалися положення, що є актуальними й сьогодні: 1) тварини і рослини живуть угрупованнями, яким притаманні власні правила та закони; 2) рослини і тварини утворюють покрив Землі; 3) речовина й енергія на Землі перебувають у стані кругообігу. Ключовим моментом становлення екології як науки було формулювання понять екосистема (від грец. ойкос — оселя, середовище, система — об'єднання) і біогеоценоз (від грец. біо — життя, ге — Земля, коїнос — загальний).
Визначним досягненням біології XX ст. стало виникнення ідеї про єдність живого на Землі, яка сформувалася у вигляді вчення про біосферу (від грец. біо — життя, сфера — куля) — живу оболонку Землі. Як не дивно, ідею про те, що на зовнішній оболонці Землі міститься «сфера життя», висловив ще Ламарк, а термін «біосфера» був запроваджений у 1875 р. австрійським геологом Едуардом Зюссом (мал. 36) (1831-1914).
Зюсс писав: «...як на Сонці виділяють концентричні оболонки, так, напевно, і на Землі можна відрізнити оболонки, з яких кожна знаходиться у численних зв'язках з іншими... Перша оболонка — атмосфера, друга — гідросфера і третя — літосфера... Одне здається чужорідним на цьому великому, утвореному зі сфер небесному тілі, а саме — органічне життя. Там воно обмежене певною зоною на поверхні літосфери. Рослини, коріння яких у пошуках їжі проникає у ґрунт і піднімається у повітря, щоб дихати, є гарною ілюстрацією розташування органічного життя... Вона (біосфера) простягається тепер як над сухою, так і над вологою поверхнею». (Пригадайте, в які періоди існування планети біосфера обмежувалась лише водним середовищем.)
Особливого значення для розвитку вчення про біосферу набули праці академіка Володимира Івановича Вернадського (мал. 37) (1863-1945) — першого президента Академії наук України. Нині екологія являє собою систему наук, що має незаперечне значення для охорони природи.
Вернадський стверджував, що важливим етапом еволюції біосфери буде її перехід до ноосфери (від лат. ноо — розум) — «сфери розуму» внаслідок розселення людини по усій поверхні планети, перемоги її над іншими біологічними видами, оволодіння силами природи та контролю над ними, розвитку позапланетних систем зв'язку, створення єдиної інформаційної системи, відкриття нових джерел енергії, залучення людей до наукової діяльності тощо. (Які прогнози науковця вже справдились?)
Ключовим етапом становлення сучасної біології є формування уявлень про еволюційний характер виникнення й розвитку життя на Землі, які з часом збагатились досягненнями генетики та екології.
Немає коментарів:
Дописати коментар