Биология: понятия и уровни

Биоло́гия (греч. βιολογία — βίος, биос, «жизнь»; др.-греч. λόγος — учение) — наука о жизни (живой природе), одна из естественных наук, предметом 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 между собой и с окружающей средой. 

Как особая наука  биология выделилась из естественных наук в XIX веке, когда учёные обнаружили, что живые организмы обладают некоторыми общими для всех характеристиками. Термин «биология» был введён независимо несколькими авторами Фридрих Бурдахом в 1800 году, в 1802 году Г. Р. Тревиранусом [1] и Жаном Батистом Ламарком. 

В основе современной  биологии лежат пять фундаментальных  принципов: клеточная теория, эволюция, генетика, гомеостаз и энергия[2][3]. В наше время биология — стандартный  предмет в средних и высших учебных заведениях всего мира. Ежегодно публикуется более миллиона статей и книг по биологии, медицине и биомедицине[4]. 

В биологии выделяют следующие уровни организации:

Клеточный, субклеточный и молекулярный уровень: клетки содержат внутриклеточные структуры, которые  строятся из молекул.

Организменный и  органно-тканевой уровень: у многоклеточных организмов клетки составляют ткани  и органы. Органы же, в свою очередь, взаимодействуют в рамках целого организма.

Популяционный уровень: особи одного и того же вида, обитающие  на части ареала, образуют популяцию.

Видовой уровень: свободно скрещивающиеся друг с другом особи обладающие морфологическим, физиологическим, биохимическим сходством и занимающие определённый ареал (район распространения) формируют биологический вид.

Биогеоценотический  и биосферный уровень: на однородном участке земной поверхности складываются биогеоценозы, которые, в свою очередь, образуют биосферу. 

Большинство биологических  наук является дисциплинами с более  узкой специализацией. Традиционно  они группируются по типам исследуемых  организмов: ботаника изучает растения, зоология — животных, микробиология  — одноклеточные микроорганизмы. Области внутри биологии далее делятся либо по масштабам исследования, либо по применяемым методам: биохимия изучает химические основы жизни, молекулярная биология — сложные взаимодействия между биологическими молекулами, клеточная биология и цитология — основные строительные блоки многоклеточных организмов, клетки, гистология и анатомия — строение тканей и организма из отдельных органов и тканей, физиология — физические и химические функции органов и тканей, этология — поведение живых существ, экология — взаимозависимость различных организмов и их среды. 

Передачу наследственной информации изучает генетика. Развитие организма в онтогенезе изучается  биологией развития. Зарождение и  историческое развитие живой природы  — палеобиология и эволюционная биология. 

На границах со смежными науками возникают: биомедицина, биофизика (изучение живых объектов физическими  методами), биометрия и т. д. В связи  с практическими потребностями  человека возникают такие направления, как космическая биология, социобиология, физиология труда, бионика.Содержание [убрать]

1 Биологи 

1.1 Биологические  общества

1.2 Биологические  организации

1.3 Биологи

2 Биологический метод

3 История биологии

4 Биологическая картина  мира 

4.1 Клеточная теория

4.2 Эволюция

4.3 Теория гена

4.4 Гомеостаз

4.5 Энергия

5 Уровни организации  жизни

6 Биологические дисциплины

7 Биологическая литература

8 Популяризация биологии

9 Биологическая безопасность

10 См. также

11 Примечания

12 Литература

13 Ссылки 

[править]

Биологи

[править]

Биологические общества

См.отдельные статьи Герпетологические общества, Биологические общества, а также соответствующие разделы в статьях о различных биологических дисциплинах (например, Энтомология, Териология, Малакология и т. д.).

[править]

Биологические организации 

Традиционно научными исследованиями в области биологии занимаются университеты, хотя не всегда соответствующие факультеты называются биологическими. Например, в Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова кроме биологического факультета имеются также факультет  биоинженерии и биоинформатики, факультет фундаментальной медицины и НИИ физико-химической биологии. Кроме университетов научные исследования проводят государственные и частные институты, которые в России преимущественно относятся к системе Российской академии наук (см. список институтов), Российской академии сельскохозяйственных наук или Российской академии медицинских наук.

[править]

Биологи

См. отдельную статью Список биологов

[править]

Биологический метод 

Используют несколько  методов биологических наук: наблюдения, моделирования, описания, сравнения, экспериментов  и исторического сравнения.

[править]

История биологии

Основная статья: История биологии 

Хотя концепция  биологии как особой естественной науки  возникла в XIX веке, биологические дисциплины зародились ранее в медицине и  естественной истории. Обычно их традицию ведут от таких античных учёных как  Аристотель и Гален через арабских медиков аль-Джахиза[5], ибн-Сину[6], ибн-Зухра[7] и ибн-аль-Нафиза[8]. В эпоху Возрождения биологическая мысль в Европе была революционизирована благодаря изобретению книгопечатания и распространению печатных трудов, интересу к экспериментальным исследованиям и открытию множества новых видов животных и растений в эпоху Великих географических открытий. В это время работали выдающиеся умы Андрей Везалий и Уильям Гарвей, которые заложили основы современной анатомии и физиологии. Несколько позже Линней и Бюффон совершили огромную работу по классификации форм живых и ископаемых существ. Микроскопия открыла для наблюдения ранее неведомый мир микроорганизмов, заложив основу для развития клеточной теории. Развитие естествознания, отчасти благодаря появлению механистической философии, способствовало развитию естественной истории[9][10]. 

К началу XIX века некоторые  современные биологические дисциплины, такие как ботаника и зоология, достигли профессионального уровня. Лавуазье и другие химики и физики начали сближение представлений  о живой и неживой природе. Натуралисты, такие как Александр Гумбольдт, исследовали взаимодействие организмов с окружающей средой и его зависимость от географии, закладывая основы биогеографии, экологии и этологии. В XIX веке развитие учения об эволюции постепенно привело к пониманию роли вымирания и изменчивости видов, а клеточная теория показала в новом свете основы строения живого вещества. В сочетании с данными эмбриологии и палеонтологии эти достижения позволили Чарльзу Дарвину создать целостную теорию эволюции путём естественного отбора. К концу XIX века идеи самозарождения окончательно уступили место теории инфекционного агента как возбудителя заболеваний. Но механизм наследования родительских признаков всё ещё оставался тайной[9][11][12]. 

В начале XX века Томас  Морган и его ученики заново открыли  законы, исследованные ещё в середине XIX века Грегором Менделем, после чего начала быстро развиваться генетика. К 1930-м годам сочетание популяционной генетики и теории естественного отбора породило современную эволюционную теорию или неодарвинизм. Благодаря развитию биохимии были открыты ферменты и началась грандиозная работа по описанию всех процессов метаболизма. Раскрытие структуры ДНК Уотсоном и Криком дало мощный толчок для развития молекулярной биологии. За ним последовало постулирование центральной догмы, расшифровка генетического кода, а к концу XX века — и полная расшифровка генетического кода человека и ещё нескольких организмов, наиболее важных для медицины и сельского хозяйства. Благодаря этому появились новые дисциплины геномика и протеомика. Хотя увеличение количества дисциплин и чрезвычайная сложность предмета биологии породили и продолжают порождать среди биологов всё более узкую специализацию, биология продолжает оставаться единой наукой, и данные каждой из биологических дисциплин, в особенности геномики, применимы во всех остальных[13][14][15][16].

[править]

Биологическая картина  мира 

Существует пять принципов, объединяющих все биологические  дисциплины в единую науку о живой  материи [2]:

Клеточная теория. Клеточная  теория — учение обо всём, что  касается клеток. Все живые организмы  состоят, как минимум, из одной клетки, основной функциональной единицы каждого  организма. Базовые механизмы и  химия всех клеток во всех земных организмах сходны; клетки происходят только от ранее  существовавших клеток, которые размножаются путём клеточного деления. Клеточная  теория описывает строение клеток, их деление, взаимодействие с внешней  средой, состав внутренней среды и  клеточной оболочки, механизм действия отдельных частей клетки и их взаимодействия между собой.

Эволюция. Через естественный отбор и генетический дрейф наследственные признаки популяции изменяются из поколения в поколение.

Теория гена. Признаки живых организмов передаются из поколения  в поколение вместе с генами, которые  закодированы в ДНК. Информация о  строении живых существ или генотип  используется клетками для создания фенотипа, наблюдаемых физических или  биохимических характеристик организма. Хотя фенотип, проявляющийся за счёт экспрессии генов, может подготовить  организм к жизни в окружающей его среде, информация о среде  не передаётся назад в гены. Гены могут изменяться в ответ на воздействия  среды только посредством эволюционного  процесса.

Гомеостаз. Физиологические  процессы, позволяющие организму  поддерживать постоянство своей  внутренней среды независимо от изменений  во внешней среде.

Энергия. Атрибут  любого живого организма, существенный для его состояния.

[править]

Клеточная теория

Основная статья: Клеточная теория 

Клетка — базовая  единица жизни. Согласно клеточной  теории, всё живое вещество состоит  из одной или более клеток, либо из продуктов секреции этих клеток. Например, раковины, кости, кожа, слюна, желудочный сок, ДНК, вирусы. Все клетки происходят из других клеток путём  клеточного деления, и все клетки многоклеточного организма происходят из одной оплодотворённой яйцеклетки. Даже протекание патологических процессов, таких как бактериальная или  вирусная инфекция, зависит от клеток, являющихся их фундаментальной частью[17].

[править]

Эволюция

Основная статья: Эволюция 

Центральная организующая концепция в биологии состоит  в том, что жизнь со временем изменяется и развивается посредством эволюции, и что все известные формы  жизни на Земле имеют общее  происхождение. Это обусловило сходство основных единиц и процессов жизнедеятельности, упоминавшихся выше. Понятие эволюции было введено в научный лексикон Жаном-Батистом Ламарком в 1809 году. Чарльз Дарвин через пятьдесят лет установил, что её движущей силой является естественный отбор, так же как искусственный отбор сознательно применяется человеком для создания новых пород животных и сортов растений[18]. Позже в синтетической теории эволюции дополнительным механизмом эволюционных изменений был постулирован генетический дрейф. 

Эволюционная история  видов, описывающая их изменения  и генеалогические отношения  между собой, называется филогенез. Информация о филогенезе накапливается  из разных источников, в частности, путём сравнения последовательностей  ДНК или ископаемых останков и  следов древних организмов. До XIX века считалось, что в определённых условиях жизнь может самозарождаться. Этой концепции противостояли последователи принципа, сформулированного Уильямом Гарвеем: «всё из яйца» («Omne vivum ex ovo», лат.), основополагающего в современной биологии. В частности, это означает, что существует непрерывная линия жизни, соединяющая момент первоначального её возникновения с настоящим временем. Любая группа организмов имеет общее происхождение, если у неё имеется общий предок. Все живые существа на Земле, как ныне живущие, так и вымершие, происходят от общего предка или общей совокупности генов. Общий предок всех живых существ появился на Земле около 3,5 млрд. лет назад. Главным доказательством теории общего предка считается универсальность генетического кода (см. происхождение жизни).

[править]

Теория гена

 

Схематический вид  ДНК, первичного генетического материала

Основная статья: Ген 

Форма и функции  биологических объектов воспроизводятся  из поколения в поколение генами, которые являются элементарными  единицами наследственности. Физиологическая  адаптация к окружающей среде  не может быть закодирована в генах  и быть унаследованной в потомстве (см. Ламаркизм). Примечательно, что  все существующие формы земной жизни, в том числе, бактерии, растения, животные и грибы, имеют одни и  те же основные механизмы, предназначенные  для копирования ДНК и синтеза  белка. Например, бактерии, в которые  вводят ДНК человека, способны синтезировать  человеческие белки.