Биология — наука о жизни

Биология — это наука о жизни, которая в связи с постоянным получением новых данных очень быстро меняется. Поэтому школьные учебники устаревают буквально за несколько месяцев. Мы отправляемся в путешествие по дорогам биологии в очень интересное время. Благодаря открытию механизма передачи наследственной информации, за последние 50 лет учёные узнали много удивительного. Теперь люди могут отгадывать такие загадки, на которые раньше и не мечтали найти разгадки.



Благодаря расшифровке ДНК разных организмов, систематика в настоящее время перестраивается. Новые инструменты, помогающие учёным заглянуть внутрь самых маленьких частичек жизни раньше можно было встретить только на страницах фантастических книг. А теперь они в распоряжении биологов. Мы будем одновременно рисовать современную картину науки, и вспоминать, как всё начиналось.

Что изучает наука биология?

Биология («биос» — жизнь, «логос» — наука) — это наука о жизни. Живые организмы — это самые сложные системы на Земле. Казалось бы, их жизнедеятельность объясняется и ограничивается только законами химии и физики, то есть никакие новые законы не могут быть почерпнуты из биологических систем. Проиллюстрировать и найти процессы, протекающие по этим законам у живых организмов нетрудно.

• В клетках проходят миллионы химических реакций, а вещества через её мембрану проходят путём диффузии.
• Всё живое пользуется энергией Солнца, превращённой в другие виды энергии благодаря фотосинтезу и дыханию. В этом проявляется первый закон термодинамики. Фотосинтез — сложный процесс, изучаемый и физиками и химиками.

Как объяснить природу жизни?

Организмы состоят из тех же веществ, что и неживая природа, но в то же время представляют собой наиболее организованные и комплексные системы, жизнедеятельность которых не объясняется только законами физики и химии.
Объяснить работу нейронов законами этих наук можно, но сознание им не подчиняется. Пользуясь законами химии и физики, учёные не могут ответить, как возникает мысль, как появились и эволюционировали живые существа. Проблему происхождения жизни мы ещё будем изучать подробнее.

На вопрос, что такое жизнь, пытались ответить многие философы и учёные. Но их определения всегда признавались неполными. Жизнь изучают разными путями. Кто-то считает сколько раз в минуту взмахивает крыльями колибри, кто-то следит как общаются муравьи, изучает окаменелости, расшифровывает молекулы наследственности и т. д. Но как доказать, что перед нами живое существо? Любой без труда ответит, что ползущий по столу таракан живой, объясняя это тем, что он движется. Но движется и ракета, и воздух, и вода в реке. Но они-то точно неживые.

Поэтому, чтобы отличить живое от неживого придумали оценивать объекты природы по критериям. Учёные признали, что не могут дать другого определения кроме этого. Только при наличии у предмета исследования всех этих признаков, он считается живым. Биология как наука о жизни выделяет следующие главные признаки живого.

 Общность химического состава

В живых организмах есть те же химические элементы, что и в неживых. Но 98% из них составляют 4 элемента: азот, углерод, кислород и водород. Они могут находиться в организмах в виде ионов и входить в состав сложных молекул (органических и неорганических). Органические вещества характерные для живого — это белки, липиды, углеводы, витамины и нуклеиновые кислоты. В объектах неживой природы преобладают гелий, водород, кремний, железо и алюминий. И они образуют в них простые молекулы.

Общий план строения

Всё живое кроме вирусов состоит из одной или множества клеток. На уровне клетки проходит основные жизненные процессы: дыхание, обмен веществ, питание и др. Большинство клеток очень малы, и увидеть их можно только при помощи увеличительных приборов. Все клетки ограничены снаружи цитоплазматической мембраной.

Упорядоченность (целостность и дискретность)

Если смешать белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты — жизни не получится. В каждом организме синтезируются свои белки. Они собираются, опираясь на информацию, закодированную в нуклеиновых кислотах при помощи ферментов. Биомолекулы образуют в клетках функциональные части, связанные общей работой на благо организма. Это и есть система, или дискретность — общее, состоящее из мелких взаимосвязанных, но относительно независимых частей. Например, органы многоклеточных организмов построены из разных клеток, образующих ткани, каждая из которых выполняет свою работу, поддерживая жизнедеятельность организма. Клетки в свою очередь построены из молекул, характерных для живых существ. Неживая природа тоже состоит из молекул, но они не настолько упорядочены. Жизнь на Земле имеет иерархическую организацию: молекулы — клетки — ткани — органы — системы органов — организм — популяция — вид — экосистема — биосфера.

Раздражимость

Реагирование на воздействие внешней и внутренней среды, помогающая живому выживать. Зрачки дневных животных и человека расширяются, когда они входят в тёмную комнату, инфузория уплывает от воды с избыточным количеством соли, растения тянутся к солнцу. Кровеносные сосуды млекопитающих расширяются при повышении температуры воздуха и отдают избыток тепла из тела, чтобы восстановить оптимальную температуру.

Рост

Увеличение размера и объёма тела за счёт поступивших в организм питательных веществ, обеспечивающих рост протоплазмы. Растут и горы, и кристаллы. Но причины их увеличения внешние.

Развитие

Это качественные изменения в живых системах. Из зиготы появляется зародыш, а из появившегося на свет цыплёнка вырастет взрослая курица. У неё вырастет гребешок, разовьются полноценные перья. Из споры сформируется плодовое тело гриба, а из семени вырастет баобаб.

Размножение (воспроизводство) и наследственность

Отдельный организм умирает, но вид в целом существует многие годы, а живое в целом бессмертно. Это возможно благодаря сохранению главных признаков родителей у их потомства (наследственности). Объяснение наследования признаков находится в молекулах ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). В их молекулах кодируется наследственная информация, которая передаётся от одного поколения к другому в процессе бесполого или полового размножения.

Использование энергии, или дыхание

Каждая клетка и мышца нашего организма существует только благодаря используемой ею энергии, запасённой в виде молекул АТФ (аденизинтрифосфат) в процессе дыхания.

Постоянство внутренней среды (гомеостаз), или открытость живых систем

Оно поддерживается многими процессами, в том числе и обменом веществ и энергии (метаболизм). Одни вещества поступают в клетки, другие (вредные и ненужные) удаляются из них. В процессе дыхания появляются ядовитые шлаки, а излишки белков выводятся при помощи выделительной системы животных. Регуляция процессов в теле растений и животных происходит при помощи гормонов. У животных гормональная регуляция дополняется нервной.

Подвижность

Животные двигаются активно, это заметить не трудно. Они убегают от опасности, добывают пищу, дерутся за самку, защищают детёнышей. Растения изменяют положение своих органов медленно за счёт движения цитоплазмы внутри клеток. Они тянутся к свету, закрывают и открывают лепестки цветов, обвивают опоры мягкими стеблями. Движутся также многие бактерии и одноклеточные водоросли.

Все организмы взаимодействуют с живой и неживой природой и приспосабливаются к выживанию рядом с ними. Адаптации в целом возможны благодаря наследственной изменчивости живых организмов.

Биология (наука о жизни) — изучает строение, жизнедеятельность, происхождение, рост, эволюцию, размещение живых организмов на Земле. Исследует их взаимодействие друг с другом и с неживой природой. Делит их по группам (классифицирует).

Какие науки включает биология?

Для Земли характерно огромное разнообразие форм жизни, которое возникло в результате эволюции. Наука о жизни биология делит всё живое на четыре больших группы, называемых доменами: Бактерии, Археи, Вирусы и Эукариоты. В их состав входит 7 царств и неклеточные паразитические агенты вирусы.

Сегодня биологи сходятся во мнении, что всё разнообразие живых организмов развилось от какого-то простого древнейшего клеточного существа, появившегося на Земле 3,5 млрд. лет назад.

Развитие науки о жизни биологии шло по пути упрощения предмета исследования. Так возникли многочисленные биологические дисциплины, которые специализируются на изучении структур и функций определённых организмов. Вместо целого теперь подробно изучают части. Современные биологические науки делят на группы:

• по объекту исследования (ботаника, зоология, антропология, микробиология, протистология, микология, альгология), каждая из которых делится на более мелкие разделы;
•  сквозные (экология, палеонтология, морфология, систематика, анатомия и др.);
• пограничные, применяемые методы не только биологии, но и других наук (биоинформатика, биохимия, биофизика, биоэнергетика, системная биология, биомеханика, системная биология, биосемиотика, биогеография).