Биология как наука, структура биологического знания

Экзометеорология

Юпитер

Наряду с экзоокеанографами и экзогеологами, экзометеорологи заинтересованы в изучении природных процессов, происходящих на других планетах. Теперь, когда благодаря мощным телескопам стало возможно изучать внутренние процессы на близлежащих планетах и спутниках, экзометеорологи могут следить за их атмосферными и погодными условиями. Юпитер и Сатурн со своими невероятными масштабами погодных явлений — первые кандидаты для исследований, так же как и Марс с регулярными пылевыми бурями.

Экзометеорологи изучают даже планеты за пределами нашей Солнечной системы. И что интересно, именно они могут в итоге найти признаки внеземной жизни на экзопланетах путём обнаружения в атмосфере органических следов или повышенного уровня углекислого газа — признака индустриальной цивилизации.

Предмет, задачи и методы биологии

Биология (греч. bio — жизнь и logos — знание, учение, наука) — наука о живой природе. Термин биология был предложен в 1802 году Ж. Б. Ламарком и Г. Р. Тревиранусом независимо друг от друга.

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.

Система биологических наук

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 отдельных 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 организмов
Науки о развитии живой материи
Биология индивидуального развития	Наука о развитии живого организма от момента его зарождения до смерти
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

Задачи биологии:

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;
систематизация многообразия живых организмов.

Методы биологии

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

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).

Значение биологии.

Биология является теоретической основой таких наук, как медицина, психология, социология.
Биологические знания используются в пищевой промышленности, фармакологии, сельском, лесном и промысловом хозяйствах.
Достижения биологии используются при решении глобальных проблем современности: взаимоотношения общества с окружающей средой, рационального природопользования и охраны природы, продовольственного обеспечения.

Достижения биологии как науки, примеры

В результате биологических исследований были совершены великие научные открытия. Наиболее важными достижениями, которые определили дальнейшее становление науки биологии, являются:

Объяснение молекулярной структуры ДНК и ее влияния на передачу информации в живой материи, представленное Ф. Криком, Дж. Уотсоном, М. Уилкинсом.
Расшифровка генетического кода, благодаря трудам Р. Холли, Х.Г. Кораны, М. Ниренберга.
Описание генетической структуры и регуляции синтеза белка учеными А.М. Львовым, Ф. Жакобом, Ж.Л. Моно.
Клеточная теория, выдвинутая М. Шлейденом. Т. Шванном, Р. Вирховым, К. Бэром.
Изучение законов наследственности и изменчивости исследователями Г. Менделем, Х. де Фризом, Т. Морганом.
Принципы современной систематики от К. Линнея.
Эволюционная теория Ч. Дарвина.
Учения о биосфере, представленные В.И. Вернадским.

В последние десятилетия человечеству еще предстоит оценить открытия в области биологии. Крупнейшими научными достижениями в данной области являются:

Расшифровка человеческого генома и других организмов.
Изучение механизмов контроля потока генетической информации на клеточном уровне в условиях формирования организма.
Механизмы регуляции, деления и гибели клеток.
Методы создания клонов млекопитающих.
Открытие возбудителей «коровьего бешенства».

Исследования в области биологии способствуют развитию таких дисциплин, как:

медицина;
фармация;
сельское хозяйство;
лесное хозяйство;
пищевая промышленность и другие отрасли деятельности человека.

Частично проблема обеспечения населения планеты продовольствием была решена в 1950-х годах, благодаря «зеленой революции». Внедряя новые сорта растений и передовые технологии обработки почв, ученым удалось разработать эффективные корма для активного развития животноводства.

Многие исследователи полагаются в будущем на генетически модифицированные организмы, с помощью которых представляется возможным решить продовольственную проблему. В настоящее время производители продуктов питания таких, как сыр, йогурт, колбаса, хлебобулочные изделия, применяют бактерии и грибы, свойства которых изучает наука биология.

Снизить распространение опасных заболеваний и уменьшить показатели смертности удалось с помощью ряда биологических исследований:

познание природы возбудителей заболеваний;
процессы течения болезней;
иммунные механизмы организма;
наследственность и изменчивость, их закономерности.

Биология своими словами для детей

Биология — это наука о живых существах и том, как они живут и развиваются. Биологи изучают разные виды животных, растений и микроорганизмов, чтобы узнать, как они работают и как они взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой.

Биология помогает нам понять, как устроены живые организмы. Например, мы можем изучать, как устроены наши тела и как они функционируют. Мы можем узнать, как работает наше сердце, как мы дышим и как наш мозг управляет нашими мыслями и движениями.

Биология также помогает нам понять, как живые организмы размножаются и растут. Мы можем изучать, как растения растут из семян и как животные рождаются и вырастают. Мы можем узнать, как происходит перерождение насекомых и как растения получают питательные вещества из почвы.

Биология также изучает взаимодействие живых организмов с окружающей средой. Например, мы можем изучать, как животные получают пищу и защищаются от хищников. Мы можем узнать, как растения получают свет и воду, чтобы расти и производить кислород. Мы также можем изучать, как люди влияют на окружающую среду и как мы можем заботиться о ней.

Биология помогает нам понять, как живые организмы адаптируются к своей среде. Например, мы можем изучать, как животные развиваются способности, чтобы выжить в своей среде. Мы можем узнать, как растения развивают особые признаки, чтобы привлечь пчел и других опылителей.

Биология — это очень интересная наука, которая помогает нам лучше понять природу и живые существа, с которыми мы живем на этой планете. Если вы хотите узнать больше о биологии, вы можете прочитать книги, посмотреть видео или даже посетить музей, где вы сможете увидеть разные живые существа и узнать о них больше.

Главные научные направления

Сегодня существуют многочисленные биологические дисциплины и отрасли, направленные на изучение живых существ, начиная от амебы с инфузорией и заканчивая человеческим организмом. Жизнь – основной предмет исследования. Разнообразие ее проявлений, влияние на окружающие процессы и явления, организация на всех уровнях и сегментах, входят в число объектов.

Назовем основные биологические дисциплины и подробно расскажем о некоторых из них:

общая биология,
системная,
вирусология,
микрология,
микробиология,
генетика,
анатомия,
этология,
цитология,
биология развития,
палеонтология и прочие.

Важно знать, какая наука изучает строение и функции клеток, является одной из основных дисциплин. Ее название — цитология

Предметом изучения являются все процессы, происходящие с клеткой: рождение, жизнедеятельность, размножение, питание, старение и гибель.

Биологические дисциплины

Любые проявления жизни становятся предметом изучения для биологов. К ним относят:

распределение по территории,
строение,
происхождение,
функции,
развитие видов,
связи с другими живыми существами и предметами неживой природы.

Важно! Задача биологии – раскрыть и изучить суть всех биологических закономерностей, с целью их освоения и управления.

Методы изучения:

наблюдение с целью описания явлений;
сравнение – обнаружение общих закономерностей;
эксперимент – искусственное создание ситуаций, выявляющие свойства организмов;
исторический метод – познание окружающего мира с помощью имеющихся данных;
моделирование — создания моделей разнообразных биологических систем;
современные усовершенствованные методы, основанные на новейших технологиях и достижениях.

Основные отрасли, которые нужно знать, и предметы их изучения:

зоология – животные;
энтомология – насекомых;
ботаника – растения;
анатомия –строение тканей и органов;
генетика – законы изменчивости и наследственности;
физиология –сущность всего живого, жизнь при патологиях и норме;
экология – взаимоотношение организмов с окружающей средой;
бионика – организацию, структуру, свойства живой природы;
биохимия – химический состав организмов и клеток, основные процессы, составляющие основу жизнедеятельности;
биофизика – физические аспектах существования живой природы;
микробиология – бактерии и прочие микроорганизмы;
молекулярная биология – способы хранения и передачи генетической информации;
клеточная инженерия – получение гибридных клеток;
битехнология – использование продуктов жизнедеятельности организмов для технологических решений;
селекция – выведение новых сортов, устойчивых к вредителям и суровому климату, улучшение качеств культурных растений.

Здесь перечислены далеко не все биологические науки, этот список может быть гораздо длиннее.

Экология – раздел биологии, изучающий отношения организмов друг с другом и окружающей средой. Раздел затрагивает не только факторы среды, ее физическую сущность, химический состав, но и ее загрязнение, нарушение ЭКО-цикла.

Эрнест Геккель в 1866 году придумал специальное название для этого научного направления. Раздел биологии, изучающий отношения организмов, их взаимодействие не только друг с другом, но и со средой, именуется прикладной экологией.

Она относится к отрасли биологии и является прикладной наукой, изучает механизмы разрушения человеком биосферы и способы предотвращения экологических катастроф. Отличается от прочих биологических областей тем, что ученым не приходится узнавать или изучать что-то новое, а использовать уже имеющиеся методики и разработки на практике.

Именно применением практических методов отличаются прикладные науки. Таким образом, мы ответили на вопрос, какая из биологических наук является практической или прикладной.

Чтобы добиться на практике реальных целей, нужны заказчик и инвестор. Часто крупные проекты и их реализацию финансирует государство: сохранение исчезающих видов животных, рациональное уничтожение отходов и сведение к минимуму загрязнения окружающей среды. Прикладной экологию принято считать потому, что она неразрывно связана со всеми процессами, происходящими с живыми существами.

Молекулярная биология: изучение строения и функционирования молекул в живых организмах

Молекулярная биология является областью биологической науки, которая занимается изучением строения и функционирования молекул в живых организмах. В основе молекулярной биологии лежит представление о том, что жизнь на Земле основана на сложных биохимических процессах, которые происходят на молекулярном уровне.

Исследования в области молекулярной биологии позволяют лучше понять процессы, происходящие в организмах, а также причины различных болезней и механизмы их возникновения. Для этого молекулярные биологи изучают строение генов, механизмы передачи генетической информации, функционирование белков и других молекул, участвующих в жизненных процессах.

Одним из важных направлений молекулярной биологии является исследование ДНК и РНК – нуклеиновых кислот, которые являются основой генетической информации. Ученые изучают структуру этих молекул, их функции и взаимодействия с другими биомолекулами.

Также молекулярная биология изучает белки – основные строительные элементы клеток и ключевые участники биохимических процессов. Ученые исследуют свойства белков, их структуру и функции, взаимодействие с другими молекулами.

Молекулярная биология основывается на использовании различных методов и технологий, таких как клонирование генов, секвенирование ДНК, амплификация РНК, электрофорез, гибридизация и многие другие. Эти методы позволяют изучать молекулярные процессы на микроскопическом уровне и понимать их особенности и механизмы.

Исследования в области молекулярной биологии имеют большое практическое значение и применяются в многих сферах. Например, в медицине молекулярная биология позволяет изучать генетические причины болезней и разрабатывать новые методы и лекарства для их лечения. В сельском хозяйстве молекулярная биология используется для создания новых сортов культурных растений и повышения урожайности. В экологии молекулярная биология помогает понять, какие молекулярные процессы происходят в природных экосистемах и как они влияют на их устойчивость.

В целом, молекулярная биология играет важную роль в понимании живой природы и ее закономерностей. Исследования в этой области позволяют расширить наши знания о жизни на Земле, а также имеют практическую ценность для различных отраслей науки и промышленности.

Молекулярный уровень

Предмет и задачи биологии можно рассматривать на различных уровнях. Сейчас мы подробно опишем каждый из них.

Сегодня выделяется несколько уровней изучения и организации жизненных явлений (структурно-функциональных): биосферно-биогеоценотический, популяционно-видовой, организменный, органный, тканевый, клеточный, молекулярный. На последнем изучается роль молекул, являющихся биологически важными, в развитии и росте организмов, в передаче и хранении наследственной информации, в превращении энергии и обмене веществ в живых клетках и др. Речь идет о следующих молекулах: липидах, нуклеиновых кислотах, белках, полисахаридах и др.

Какие бывают методы биологических исследований

Методы биологических исследований в биологии разделяют на эмпирические (от греч. эмпириа — опыт) — описательный, сравнительный, экспериментальный, исторический, и теоретические — статистический и моделирования. Описательный и сравнительный методы основаны на наблюдении.

Описательный

Описательный метод — древнейший, связанный с наблюдением и описанием объектов или явлений, определением их свойств.

Сравнительный

Сравнительный метод основан, чтобы сравнить полученные наблюдения, описания с другими. В последнее время часто применяют мониторинг (от лат. mоnitor -предупреждающий, напоминающий).

Это постоянное наблюдение за ходом определенных процессов в отдельных экосистемах, биосфере в целом или за состоянием конкретных биологических объектов. Осуществляют его на высших уровнях организации живой материи.

Мониторинг позволяет прогнозировать и анализировать возможные изменения, их следствия. Например, изменения растительности в связи с кислотными дождями и т. п.

Экспериментальный

Экспериментальный (от лат. ехреrimentum — опыт, практика) метод состоит в изменении исследователем условий существования объекта опыта, его строения и наблюдение по результатам изменений. Эксперименты бывают полевые и лабораторные.

В естественных условиях проводят полевые эксперименты. Лабораторные эксперименты проводят в специально оборудованных лабораториях. В лабораторных условиях используют микроскопы, ядерно-магнитный резонанс, рентгенологический метод и т. п.

Исторический

Исторический метод позволяет обнаружить закономерности возникновения и развития живых существ. Моделирование и статистический метод невозможны без применения электронно-вычислительной техники.

Моделирование

Моделирование (от лат. modulus — устройство, образец) — метод, который позволяет работать не с самими объектами, а изучает представления о них или их модели. Моделирование позволяет изучать объекты и процессы, которые невозможно непосредственно наблюдать или воссоздать экспериментально.

Разновидностью этого метода является математическое моделирование. Это численное выражение в виде уравнений четных связей. При изменениях числовых значений можно увидеть, как работает система при определенных условиях. Примером математической модели могут быть соотношения численности в системе «хищник-жертва».

Статистический

Статистический (математический) метод применяется для обработки числовых данных, полученных с помощью других методов (эмпирических). Используют также для проверки степени достоверности полученных результатов.

Общие признаки и функции живых организмов

Всем живым организмам присущ подобный химический состав и клеточное строение. Они построены из химических соединений одинаковых классов, их структурной и функциональной единицей является клетка, а главным условием жизни — непрерывный обмен веществом и энергией с окружающей средой. Прекращение этого процесса означает прекращение жизни, то есть смерть организма.

Несмотря на колоссальное разнообразие живых организмов, для всех них характерны такие общие функции.

питания — поступление в организм питательных веществ, необходимых для процессов биосинтеза и получения энергии;
дыхания — расщепление органических соединений (чаще всего в процессе окисления), что сопровождается высвобождением энергии для обеспечения процессов жизнедеятельности;
выделения — выведение из организма ненужных и вредных веществ;
раздражительность — активная реакция на внешние или внутренние раздражители;
подвижность — способность изменять положение тела или его части в пространстве без действия внешней механической силы, за счет внутренних процессов;
рост — увеличение массы и размеров особи в целом и отдельных ее частей вследствие процессов биосинтеза;
размножения — способность живых организмов воспроизводить потомков, которые сохраняют основные признаки ее свойства родительских особей.

Методы изучения

Определение

Методы биологии — это приемы, к которым прибегают ученые с целью приобретения новых знаний о живых организмах.

Методология позволяет сформировать систему точных научных знаний.

Основными способами исследований являются:

Наблюдение в виде первого столкновения исследователей с неизученными ранее объектами.
Описание процессов и явлений, новых организмов и их особенностей.
Систематизация новых знаний путем их соотнесения с имеющимися системами, то есть определение места открытого организма на древе эволюции, характеристика его химического строения, процессов размножения и других свойств с уже имеющимися систематическими знаниями.
Сравнение заключается в поиске схожих явлений, изучении уже встречавшихся подобных свидетельств и описаний, которые представлены другими исследователями, завершение незаконченных ранее трудов.
Эксперимент подтверждает или опровергает новую теорию.
Аналитический способ исследований включает сбор и сравнение информационных данных, касающихся какого-либо вопроса.
Исторический метод изысканий подразумевает изучение закономерных исторических процессов развития организмов на основе имеющихся знаний.
Моделирование выполняется путем расчета и построения возможных вариантов строения организма, характера работы его органов, механизмов взаимодействия объекта с другими живыми организмами. В качестве инструментов используют компьютерные модели, трехмерные модели строения, математические модели.

Примечание

Важным правилом, которое распространяется не только на области биологии, но и другие науки, является принцип «ничего не принимать на веру». В этом смысле каждое явление требует внимательного изучения и подкрепления фактами, благодаря которым формируются достоверные знания.

В биологии также применяются общепринятые методики исследований:

Наблюдение за явлениями, свойствами живых организмов, их особенностей.
Представление гипотез, объясняющих существование наблюдаемого феномена на основании ранее известных знаний.
С помощью эксперимента на практике подтверждается постоянность или случайность явления, выявляются условия, оказывающие на него влияние.
Экспериментальное подтверждение трансформирует гипотезу в теорию.
Проверка теоретических знаний и поиск точных ответов на поставленные вопросы осуществляются путем дополнительных экспериментов.

Ученые-биологи прибегают к специальным методам исследований:

Генеалогический метод заключается в поиске предков, сравнение характеристик нового организма с аналогичными параметрами его возможных родственников на древе эволюции.
Культура тканей изучает физиологические особенности организма, влияние на него разнообразных факторов путем исследования образцов тканей.
Эмбриологический метод позволяет изучить процессы развития живого организма до момента его появления на свет.
Цитогенетический способ исследований выявляет особенности генома и строения клеток.
Биохимические способы исследований направлены на химический анализ содержимого клеток, тканей, внутренней среды и выделений организма.

Биологические методы представлены в широком ассортименте. Каждый способ научных изысканий направлен на решение определенных задач и применим для конкретных исследований. Кроме перечисленных методик в биологии активно используют гибридизацию, палеонтологию, центрифугирование и другие способы изучения живых организмов.

Методы изучения биологии

В биологии применяются в основном два метода изучения – научный и эмпирический. Под научным подразумевают совокупность операций и приемов, выстраивающих правильную систему знаний. Эмпирический же метод подразумевает изучение разных явлений с помощью опытов, включая сравнение, описание и эксперимент. При изучении биологии применяют исследования: