Предмет биологии. Ее структура и этапы развития

использовать природные  ресурсы. Актуальность задачи несомненна, если учесть,

что по некоторым  прогнозам нынешние темпы и технологии промышленного освоения

Земли уже через 50-100 лет приведут к необратимым  изменениям среды обитания

человечества. Это  означало бы постепенное вымирание  человека и большинства

других объектов живой природы как биологических  видов (что случилось, например,

с динозаврами) и, в лучшем случае, замещение современных  экологических

сообществ новыми, более приспособленными к измененной среде обитания. Таким

образом, понимание  основ биологии и экологии необходимо каждому человеку и в

особенности его  технократической, гуманитарной и политической элите с целью

сохранения и  устойчивого развития биосферы Земли.

     Практическое значение биологии состоит в том, что она является

научной основой всех технологий производства продовольствия.

Возможности экстенсивного  воспроизводства продуктов питания  на Земле

практически исчерпаны. Целинные земли России и Казахстана, освоенные в 50-е и

60-е годы нашего  столетия, явились чуть ли не  последними резервами пахотных

земель. Огромные площади ежегодно выводятся из сельскохозяйственного

использования в  результате их засоления, опустынивания, превращения в дно

искусственных водоемов при строительстве гидроэлектростанций. По этим причинам

современное сельское хозяйство обречено развиваться  на основе интенсивных

технологий. Простое  возделывание овощей или пшеницы, выращивание  скота, птицы и

т.п. требует знания условий и динамики их размножения  и роста, особенностей

минерального и  органического питания, совместимости  с другими культурами,

отношения к сорнякам, паразитам, бактериям и вирусам, которыми буквально кишит

наша общая среда  обитания. Особое значение в 20 веке приобрели  методы

генетических модификаций  и селекции объектов сельскохозяйственного

производства. Выведение  новых пород животных и сортов растений, приспособленных

к конкретным местным  условиям - давняя практика. Но современная  селекция не

может базироваться на основе проб и ошибок, она использует точные,

математизированные  законы генетики. В процветающих фермерских хозяйствах США и

других развитых стран селекционно-генетическая работа столь же обычна и

обязательна, как  и ежедневная уборка коровника или  прополка грядок. Генетик

здесь одна из самых  востребованных профессий. В последние  годы быстрыми темпами

развиваются и  новые биотехнологии, основанные на генной и клеточной инженерии,

клонировании, получении  трансгенных (с пересаженными генами), или генетически

модифицированных (GM), организмов. Освоенные вначале  на бактериях, эти методы

уже используются для получения химерных животных и растений с заранее

спланированными свойствами. И хотя GM-технологии в  растениеводстве и

животноводстве  встречают у потребителей настороженный  прием, по сути речь идет

о биотехнологической революции, о формировании новой  культуры и практики

природопользования. И все эти вопросы находятся  в поле исследования современной

биологии.

     Совершенно особое гуманитарно-практическое значение имеет биология

как теоретическая основа медицины. Причины и механизмы большинства

патологий (болезней) кроются в нарушениях работы генов  и их продуктов -

клеточных белков. Понять эти причины и механизмы - значит наполовину решить и

проблему их устранения или лечения больного человека. Взаимодействие клеток с

вирусами, сожительство с бактериями, формирование иммунитета к новым и новым

антигенам, возникновение  неконтролируемого ракового роста  клеток, молекулярная

природа памяти, развитие наркозависимости, причины старения ... - это огромный

и нескончаемый перечень проблем, решаемых сегодня  медико-биологической  наукой.

Отдельной главой стоит производство современных  лекарств, в котором

химики-фармацевты все более уступают место молекулярно-клеточным  биологам.

Геннно-клеточные  инженерные технологии способны дать экологически и генетически

чистые лекарства, а пересаженные гены могут вообще устранить хроническую

болезнь, например, сахарный диабет.

В последние годы впрямую встала и проблема искусственного производства

человека. Искусственное  оплодотворение (при необходимости  преодолеть мужское

бесплодие) - давно  и успешно решаемая задача. Но появилась  принципиально

новая технология зачатия и размножения путем  клонирования потомства вообще

без мужских половых  клеток. Пока это сделано на животных (в Японии с 1990 г.

выводят клонированных  коров, в Великобритании получена знаменитая овечка по

кличке Долли), но и в отношении человека методических препятствий для

клонирования уже  нет. Зато возникает масса чисто  гуманитарных, этических и

даже юридических  проблем, решать которые можно имея хотя бы общее понимание

биологического  существа дела.

    

СЕГМЕНТ 3. МЕТОДЫ БИОЛОГИИ 

Говоря о методах  науки в широком смысле, имеют  в виду не конкретные

технологические приемы (методики), а методологические

принципы, подходы к изучению объектов, явлений, их связей. В общем

методы биологии те же, что и в других естественных науках.

Процесс научного познания принято разделять на две  стадии: эмпирическую и

теоретическую. Это  разделение не абсолютно, так как  эмпирическая стадия

всегда развивается  на основе предсуществующих теорий или  гипотез, а на

теоретической стадии обычно возникает необходимость  в эмпирической проверке

выдвигаемых новых  гипотез.

     На эмпирической стадии используются следующие методы.

     Наблюдение - изучение объектов живой природы в естественных

условиях  существования. Это - непосредственное наблюдение (в буквальном

смысле) за поведением, расселением, размножением животных и  растений в природе,

визуальное или  инструментальное определение характеристик  организмов, их

органов, клеток, химический анализ состава и обмена веществ. Для этих целей в

современной биологии применяют как традиционные средства полевых исследований -

от бинокля до глубоководных аппаратов с видеокамерами  ночного видения, так и

сложное лабораторное оборудование - микроскопы, в том  числе спектральные и

электронные, биохимические  анализаторы, радиоактивные метки, ультрацентрифуги,

разнообразную измерительную  аппаратуру.

     Экспериментальный метод (опыт) предполагает исследования живых

объектов  в условиях экстремального действия факторов среды - измененной

температуры, освещенности или влажности, повышенной нагрузки, токсичности или

радиоактивности, измененного режима или места  развития (удаление или пересадка

генов, клеток, органов, интродукция животных и растений, космические полеты и

т.п.). Экспериментальный  метод позволяет выявить скрытые  свойства, потенции,

пределы адаптивных (приспособительных) возможностей живых  систем, степень их

гибкости, надежности, изменчивости.

     Сравнительный (исторический) метод выявляет эволюционные

преобразования  биологических видов  и их сообществ. Сопоставляют

анатомическое строение, химический состав, структуру генов  и другие признаки у

организмов разного  уровня сложности. При этом исследуются  не только ныне

живущие организмы, но и давно вымершие, сохранившиеся  в виде окаменелых

останков в палеонтологической летописи.

Любой из названных  подходов требует количественного  учета и математического

описания структур и явлений. Биология все более  становится точной наукой, хотя

выявляемые в  ней закономерности носят обычно вероятностный характер и

описываются методами вариационной статистики. Это означает, что то или иное

событие не строго детерминировано (предопределено), а  ожидается с той или иной

степенью вероятности. На основе выявляемых статистических закономерностей

можно осуществлять математическое моделирование биологических процессов

и прогноз их развития. Например, можно построить модель состояния жизни в

водоеме через  энное время при изменении  одного, двух или более параметров

(температуры, концентрации  солей, наличия хищников и др.). Такие приемы стали

возможны благодаря  проникновению в биологию идей и  принципов кибернетики -

науки об управлении.

     Системный метод , как и кибернетический подход, относится к

категории новых междисциплинарных  методов исследования. Живые объекты

рассматриваются  как системы, то есть совокупности

элементов с определенными  отношениями. С учетом иерархичности живых систем

каждый объект может рассматриваться одновременно как система и как элемент

системы более  высокого порядка. Поэтому принципы системной организации

справедливы для всех уровней - от макромолекул до биосферы Земли.

Широкое развитие системного движения в современной  науке, в том числе и в

биологии, означает постепенный переход от анализа к синтезу.

Анализ -  это дискретный подход, углубление в структуру и функции

отдельных элементов  системы - внутри клетки, внутри организма, внутри

экологического  сообщества. Синтез означает интегративный подход,

изучение целостных  характеристик системы - клетки, организма, биоценоза.

Исследование всегда совершается сначала от общего к  частному - анализ, а потом

от частного к  общему, но на новом уровне познания этого общего - синтез. С

аналитическим подходом в биологии связаны открытия химической и

микроструктурной  организации живых объектов, выяснение  видового разнообразия

среди животных, растений, микроорганизмов, выявление генетической

неоднородности  организмов внутри популяций и другие внутренние характеристики

систем. Постепенно объем накопленных аналитических  данных становился

достаточным для  перехода к их синтезу. Так возникли синтетическая теория

эволюции, нейро-гуморальная  физиология, современная иммунология,

молекулярно-клеточная  биология, новая мегасистематика  организмов, основанная на