Будущее биологии. Перспективы и проблемы развития

Размещено на http://www.allbest.ru/

Волгоградский Государственный Университет

Будущее биологии. Перспективы и проблемы развития

Выполнила студентка II курса

Группа НОЗ-091

Фомченкова Ксения Константиновна

Проверил: Феськов Сергей Владимирович

Волгоград - 2011

Содержание

Введение

Значение биологии как науки

Классификация биологических наук

Проблемы и перспективы развития биологии

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Слово биология происходит из греческих слов «bios», что означает «жизнь» и «logos», что переводится как «учение». Биология сформулирована как наука о жизни и живущих организмах.

Биологию как науку интересуют три проблемы: каковы механизмы происхождения жизни, ее изменчивости и эволюции. Все остальное охватывается этими тремя глобальными проблемами, и, чтобы ни исследовали, мы отвечаем на вопросы, обозначенные выше. И сегодня, несмотря на огромный объем знаний о молекулярных и генетических механизмах жизни, процессах изменчивости и развития, не можем полно ответить ни на один из поставленных вопросов. Наоборот, чем больше узнаем о жизни, тем больше возникает вопросов и сомнений в правильности, казалось бы, уже установившихся и считающихся неоспоримыми догм. Пока невозможно сформировать единую концепцию о происхождении жизни, появились существенные проблемы в дарвиновской теории эволюции, нет единого взгляда на механизмы изменчивости живых систем и их роль в эволюционном процессе.

Бурное развитие наук о жизни во второй половине ХХ в. принесло много великолепных открытий в области биологии. Это - открытие и расшифровка генетического кода, основных звеньев синтеза белка, многих метаболических процессов в живой клетке и т.д. Началась интенсивная работа по расшифровке генома человека, растений и животных. Казалось бы, мы знаем уже почти все о процессах в живой клетке, осталось только расшифровать геномы, понять процессы их дифференцирования и развития и приступить к созданию новых искусственных геномов, замене дефектных участков геномов, взять под контроль активность генов и т.д. Все эти задачи поставлены объективно на основании накопленных знаний. Однако полных ответов о происхождения жизни, ее разнообразии и эволюции мы так и не получили. Скорее наоборот, углубление и расширение наших знаний о живых системах приводит к новым и более сложным вопросам. И в этом нет ничего парадоксального - такова логика развития естествознания.

Открываемые и изучаемые биологией закономерности - важная составная часть современного естествознания. Они служат основой медицины, сельскохозяйственных наук, лесного хозяйства, звероводства, охотничьего и рыбного хозяйства.

В данной работе рассмотрены науки, тесно связанные с биологией, проблемы их развития, а также перспективы развития самой биологии.

Значение биологии как науки

Науки возникают не сами по себе, не потому, что их кто-то выдумывает просто «из интереса». Любая наука появляется в результате необходимости решения человечеством тех или иных задач, вставших в процессе его развития. Биология не исключение, она тоже возникла в связи с решением очень важных для людей проблем. Одной из них всегда было более глубокое постижение процессов в живой природе, связанных с получением пищевых продуктов, т.е. знание особенностей жизни растений и животных, их изменение под воздействием человека, способов получения надежного и все более богатого урожая. Решение этой проблемы - одна из фундаментальных причин развития биологии.

Другая, не менее важная причина - это изучение биологических особенностей человека. Человек - продукт развития живой природы. Все процессы нашей жизнедеятельности подобны тем, которые происходят в природе. И поэтому глубокое понимание биологических процессов служит научным фундаментом медицины. Появление сознания, означающее гигантский шаг вперед в самопознании материи, тоже не может быть понято без глубоких исследований живой природы, по крайней мере, в 2-х направлениях - возникновение и развитие мозга как органа мышления (до сих пор загадка мышления остается неразрешенной) и возникновение социальности, общественного образа жизни.

Увеличение производства продуктов питания и развитие медицины - важные, но не единственные проблемы, определявшие развитие биологии как науки на протяжении тысячелетий. Живая природа является источником многих необходимых для человечества материалов и продуктов. Нужно знать их свойства, чтобы правильно использовать, знать, где искать их в природе, как получать. Во многом исходным источником таких знаний является биология. Но и этим не исчерпывается значение биологических наук.

В XXI в. население Земли настолько возросло, что развитие человеческого общества стало определяющим фактором развития биосферы Земли. К настоящему времени выяснилось, что живая природа не только источник пищи и множества необходимых продуктов и материалов, но и необходимое условие существования самого человечества. Наши связи с ней оказались гораздо более тесными и необходимыми, чем это считали еще в начале ХХ в.

Например, воздух казался таким же неиссякаемым и постоянным ресурсом природы как, скажем, солнечный свет. На самом деле это не так. Тот качественный состав атмосферы, к которому мы привыкли, с его 20, 95% кислорода и 0,03% углекислого газа - производное деятельности живых существ: дыхания и фотосинтеза растений, окисления отмершего органического вещества. Кислород воздуха возникает только в результате жизнедеятельности растений. Главные фабрики кислорода - тропические леса и океанские водоросли. Но уже сегодня, как показывают наблюдения, количество углекислого газа в атмосфере возникает в результате освобождения огромного количества углерода при сгорании нефти, газа, угля, древесины, а также других антропогенных воздействий. Это значит, что мы живем уже за счет запасов углекислого газа, накопленных в прошлом, на протяжении миллионов лет эволюции живых существ на планете.

Та вода, которую мы пьем, точнее - чистота этой воды, ее качество тоже определяется в первую очередь живой природой. Наши очистные сооружения лишь завершают тот огромный процесс, который незримо для нас происходит в природе: вода в почве или водоеме многократно проходит через тела мириадов беспозвоночных, фильтруется ими и, освобождаясь от органических и неорганических остатков, становится такой, какой мы знаем ее в реках, озерах и ключах.

Проблема качества воздуха и воды - одна из экологических проблем, а экология - биологическая дисциплина, хотя современная экология давно перестала быть только ею и включает в себя много самостоятельных разделов, зачастую принадлежащих к разным научным дисциплинам.

Таким образом, качественный состав и воздуха, и воды зависит от жизнедеятельности живых организмов. Следует добавить, что и плодородие почвы - основа урожая - результат жизнедеятельности обитающих в почве живых организмов: огромного числа бактерий, беспозвоночных, водорослей.

Человечество не может существовать без живой природы. Отсюда жизненно необходимо сохранять ее в «рабочем состоянии». К сожалению, это не так просто сделать. В результате освоения человеком всей поверхности планеты, развития сельского хозяйства, промышленности, вырубки лесов, загрязнения материков и океанов все большее число видов растений, грибов, животных исчезает с лица Земли. Исчезнувший вид восстановить невозможно. Он является продуктом миллионов лет эволюции и обладает уникальным генофондом. В нашей стране один вид позвоночных животных исчезает в среднем за 3,5 года. Как изменить эту тенденцию и вернуться на эволюционно оправданный путь постоянного увеличения общей «суммы жизни», а не ее уменьшения? Эта проблема касается всего человечества, но решить ее без работы биологов невозможно.

В данный момент особенно быстро развиваются молекулярная биология, биотехнология и генетика. Недавно проведенный в Англии опрос общественного мнения показал, что из всех наук наибольшее впечатление на британцев произвели достижения генетики (более 50% опрошенных). Наибольшее беспокойство в связи с развитием науки также вызвала генетика. Все остальные науки заинтересовали менее 10% населения. На международной генетической конференции, посвященной 50-летию открытия двойной спирали ДНК, проходившей с 10 по 14 марта 2003 г. в английском городе Ньюкасл Апон Тайм, обсуждались проблемы биоэтики, ДНК-идентификации и т.п.

Не надо думать, что биологами в классических областях науки - зоологии, ботанике, морфологии, физиологии, систематике и других - все уже сделано. Работы тут еще очень много. Научно описано менее половины населяющих нашу планету организмов - всего около 4,5 млн. видов, а по некоторым расчетам, не более трети или даже четверти их. Даже в нашей стране, расположенной в основном в умеренной климатической зоне, не отличающейся многообразием органических форм, ученые открывают десятки новых видов (в основном беспозвоночных).

В странах с высоким приростом населения и интенсификацией хозяйства (да и в других странах тоже) нужно заниматься экономией природных ресурсов и их возобновлением - естественно, это тоже задача биологов.

Классификация биологических наук

биология наука эволюция ботаника

Система биологических наук чрезвычайно многопланова, что обусловлено как многообразием проявлений жизни, так и разнообразием форм, методов и целей исследования живых объектов, изучением живого на разных уровнях его организации. Всё это определяет условность любой системы биологических наук. Одними из первых в биологии сложились науки:

· о животных -- зоология и

· о растениях -- ботаника,

· анатомия и физиология человека -- основа медицины.

Другие крупные разделы биологии, выделяемые по объектам исследования, -- микробиология -- наука о микроорганизмах, гидробиология -- наука об организмах, населяющих водную среду, и т. д. Внутри биологии сформировались более узкие дисциплины.

В пределах зоологии:

· изучающие млекопитающих -- териология,

· птиц -- орнитология,

· пресмыкающихся и земноводных -- герпетология,

· рыб и рыбообразных -- ихтиология,

· насекомых -- энтомология,

· клещей -- акарология,

· моллюсков -- малакология,

· простейших -- протозоология;

Внутри ботаники:

· изучающие водоросли -- альгология,

· грибы -- микология,

· лишайники -- лихенология,

· мхи -- бриология,

· деревья и кустарники -- дендрология.

Подразделение дисциплин иногда идёт ещё глубже. Многообразие организмов и распределение их по группам изучают систематика животных и систематика растений. Биологию можно подразделить на неонтологию, изучающую современный органический мир, и палеонтологию -- науку о вымерших животных (палеозоология) и растениях (палеоботаника).

Другой аспект классификации биологических дисциплин -- по исследуемым свойствам и проявлениям живого:

· форму и строение организмов изучают морфологические дисциплины;

· образ жизни животных и растений и их взаимоотношения с условиями внешней среды -- экология;

· изучение разных функций живых существ - область исследований физиологии животных и физиологии растений;

· предмет исследований генетики - закономерности наследственности и изменчивости;

· этологии -- закономерности поведения животных;

· закономерности индивидуального развития изучает эмбриология или в более широком современном понимании -- биология развития;

· закономерности исторического развития -- эволюционное учение.

Каждая из названных дисциплин делится на ряд более частных (морфология -- на функциональную, сравнительную и др.). Одновременно происходит взаимопроникновение и слияние разных отраслей биологии с образованием сложных сочетаний, например, гисто-, цито- или эмбриофизиология, цитогенетика, эволюционная и экологическая генетика и др. Анатомия изучает строение органов и их систем макроскопически; микроструктуру тканей изучает гистология, клеток -- цитология, а строение клеточного ядра -- кариология. В то же время и гистология, и цитология, и кариология исследуют не только строение соответствующих структур, но и их функции и биохимических свойства.

Можно выделить в биологии дисциплины, связанные с использованием определённых методов исследования, например биохимию, изучающую основные жизненные процессы химическими методами и подразделяемую на ряд разделов (биохимия животных, растений и т. п.), биофизику, вскрывающую значение физических закономерностей в процессах жизнедеятельности и также подразделяемую на ряд отраслей. Биохимические и биофизические направления исследований зачастую тесно переплетаются как между собой (в радиационной биохимии), так и с другими биологическими дисциплинами (в радиобиологии). Важное значение имеет биометрия, в основе которой лежат математическая обработка биологических данных с целью вскрытия зависимостей, ускользающих при описании единичных явлений и процессов, планирование эксперимента и др. Теоретическая и математическая биология позволяют, применяя логические построения и математические методы, устанавливать более общие биологические закономерности.

Важное место в биологии занимают как теоретические, так и практические направления исследований, резкую границу между которыми трудно провести, т. к. любое теоретическое направление неизбежно связано (прямо или косвенно, данный момент или в будущем) с выходами в практику. Теоретически исследования делают возможными открытия, революционизирующие многие отрасли практической деятельности, они обеспечивают успешное развитие прикладных дисциплин, направленных на изучение промышленной микробиологии и технической биохимии, защиты растений, растениеводства и животноводства, охраны природы, дисциплин медико-биологический комплекс (паразитология, иммунология и т. д.). В свою очередь, отрасли прикладной биологии обогащают теорию новыми фактами и ставят перед ней задачи, определяемые потребностями общества. Из практически важных дисциплин быстро развиваются бионика (изучение технических приложений биологических закономерностей), космическая биология (изучение биологического действия факторов мирового пространства и проблем освоения космоса), астробиология или экзобиология (исследование жизни вне Земли). Изучением человека как продукта и объекта биологической эволюции занимается ряд биологических дисциплин -- антропология, генетика и экология человека, медицинская генетика, психология, -- тесно связанных с социальными науками.

Особо следует выделить несколько фундаментальных областей биологии исследующих наиболее общие, присущие всем живым существам закономерности и составляющих основу современной общей биологии:

1. наука об основных структурно-функциональных единицах организма -- клетке, т. е. цитология;

2. наука о явлениях воспроизведения и преемственности морфо-физиологических организаций живых форм -- генетика;

3. наука об онтогенезе -- биология развития;

4. наука о законах исторического развития органического мира -- эволюционная теория, а также физико-химической биологии (биохимия и биофизика);

5. физиология, изучающие функциональные проявления, обмен веществ и энергии в живых организмах.

Из приведённого далеко не полного перечня биологических дисциплин видно, как велико и сложно здание современной биологии и как прочно вместе с соседними науками, изучающими закономерности неживой природы, оно связано с практикой.

Отдельно хочется сказать о связи биологии и информатики.

Информатика и биология - активно развивающиеся науки 21 века. На стыке этих наук можно ожидать интересные и перспективные направления будущих исследований.

Совмещение этих двух перспективных наук дает широкие возможности для инноваций в различных областях.

Конечной целью предлагаемых исследований должен быть процесс эволюционного формирования логического мышления человека. Эта цель, несомненно, актуальна, так как сейчас идут активные работы по попыткам моделирования естественного и искусственного интеллекта. В частности, такие исследования непосредственно связаны с разработкой роботов, обладающих элементами интеллекта, работы.

Проблемы, возникающие перед этими науками, естественно встают и перед биологией.

Проблемы и перспективы развития биологии

Человечеству дан единственный воспроизводящийся ресурс - биологический. Все остальные ресурсы исчерпаемы. Именно поэтому приоритеты в науке на следующее тысячелетие постепенно смещаются в пользу наук о жизни. Человечество, естественно, стремится взять под контроль самовоспроизведение биологических ресурсов, раскрыть механизмы энергетики клетки, синтеза биологических продуктов, фотосинтеза, азотфиксации и др. Все энергетические и синтетические процессы в клетке человек в ближайшее время попытается познать и некоторые из них превратить в промышленные биотехнологии.

Это, естественно, имеет прямое отношение к решению самых важных проблем человечества, а именно, проблем продовольственного потенциала планеты, экологии обитания человека, здоровья человека и, в перспективе, энергетики на основе биотехнологий. Остановимся на вышеперечисленных проблемах подробнее.

На первом месте закономерно стоит проблема создания достаточного продовольственного потенциала для растущей человеческой популяции. Естественно, что с этой проблемой тесно связана проблема демографическая. Прогнозы таковы: к 2025 г. население планеты составит 8,3 млрд человек, затем наступит стабилизационный период и к концу ХХI в. ожидается 11 млрд человек, т.е. почти удвоение популяции по сравнению с сегодняшним днем. В этой демографической динамике важен фактор ее географического распределения: почти 70% прироста населения ожидается в развивающихся странах, т.е. там, где ситуация с продовольствием наиболее напряженная.

С учетом демографических прогнозов для обеспечения растущей человеческой популяции мы должны увеличивать продовольственный потенциал ежегодно в среднем на 2%. Возникает вопрос: за счет чего? Резерв пахотных земель почти исчерпан, предел урожайности по важнейшим культурам почти достигнут в результате интенсивной селекции, проводившейся в последние 100 лет. По этим двум параметрам оставшиеся резервы весьма незначительны и ни в коей мере не обеспечат темпы роста народонаселения. Значит, нужны новые подходы к решению продовольственной проблемы, которые могут появиться только на основе анализа достижений фундаментальной науки. Именно это и осуществляется сегодня в мире. Здесь мы остановимся только на одном из многих путей вывода технологий производства продовольствия на новый уровень. Так как в основе любой технологии производства в растениеводстве лежит сорт или гибрид и от уровня его продуктивности в огромной степени зависит конечный результат, мы и рассмотрим возможности создания новых форм растений. Естественно, чтобы удвоить в обозримом будущем объем производимого продовольствия, необходимо создать принципиально новые формы - с реконструированными геномами и более продуктивные, качественные и устойчивые.

Одним из основных направлений биотехнологии являются получение и многопрофильное использование трансгенных растений, т.е. форм, несущих в своем геноме встроенные геноинженерными методами чужие гены, нормально работающие в новом геноме. В геном растения встраиваются гены животных, человека, бактерий, других растений, которые нарабатывают новые продукты. Трансгенные растения и животные - формы с существенно реконструированными геномами. В будущем это направление будет одним из наиболее перспективных в плане значительного улучшения необходимых для селекции признаков.

Одна из наиболее значимых проблем современного естествознания - проблема биологии и генетики развития организма. До сих пор наиболее интригующей загадкой для исследователей являются механизмы, формирующие разные типы клеток, тканей, органов, т.е. отвечающие за дифференцирование систем организма, функционирующего в конечном итоге как единое целое. Но в основе любого организма, даже самого сложного, лежит одна клетка, последующие деления которой дают поразительное как по структуре, так и по функциям разнообразие клеток, органов и тканей. Многие исследователи занимаются этой проблемой, уделяя главное внимание генетическим аспектам дифференцирования. Появились гипотезы, накоплен интересный фактический материал. Однако похоже, что эта проблема столь сложна, что на ее решение уйдут многие годы. Результат ее решения - управление процессами развития может иметь чрезвычайно важное значение.

Следующим перспективным направлением развития современной биологии является изучение сложных физиолого-генетических функций организма. Для растений это - фотосинтез, азотфиксация и др., для животных - поведение, стресс-реактивность и др. Не нужно объяснять, что значит для растений фотосинтез. Клетки зеленых растений, некоторых водорослей и бактерий за счет энергии солнечного света способны синтезировать органические соединения: углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты и др. Именно через фотосинтез идет процесс самовоспроизведения значительной части биологических ресурсов. В настоящее время многие лаборатории мира изучают этот сложный процесс, расчленяют его на отдельные звенья, чтобы затем понять и воспроизвести эту сложную систему в целом. Особенно интенсивно изучается генетика фотосинтеза, уже известно около сотни генов, контролирующих отдельные звенья процесса.

Заключение

Биология представляет собой огромную совокупность множества фактов и теорий о живых организмах. Чтобы как-то упорядочить этот необозримый материал, обычно принято отделять изучение растений от изучения животных или рассмотрение структуры организма от исследования его функций. Но поскольку у растений и животных, несмотря на все различия, есть очень много общего, то лучше подразделять биологию в соответствии с различными уровнями организации живого. Первые биологи занимались изучением целых организмов. Изобретение микроскопа и его применение подготовили почву для появления клеточной теории. Усовершенствование электронного микроскопа и разработка методов фиксации тканей и ультратонких срезов привели к открытию уровня субклеточной организации. Быстрое развитие химических и физических методов, которые привели к расшифровке генетического кода и процессов синтеза специфических белков, составили область молекулярной биологии. Высший уровень организации биологических систем - это уровень популяций и их взаимоотношений с окружающей средой.

Результаты исследований биологов используются во многих областях знаний, прежде даже весьма далеких от биологии. Так, широко используется микробиология для получения новых высокоэффективных лекарственных соединений, для разработки рудных месторождений с помощью микроорганизмов.

В последние сто лет биология развивалась поистине поразительными темпами. За это время сформировались такие ее разделы, как цитология, генетика, теория эволюции, биохимия, биофизика, экология. Открытия в области химии, физики и других наук дали толчок развитию биологии, и наоборот.

Список использованной литературы

1. Большой энциклопедический словарь. Биология. -- М.: Большая Российская энциклопедия, 1999

2. Журнал «Химия и жизнь», №7-8, 2003

3. Самыгин С.И. «Концепции современного естествознания», 2004

4. Стародубцев В.А. «Концепции современного естествознания», 2002

5. Шумный В.К. «Проблемы развития биологии в 21 веке» 2001

6. Энциклопедический словарь юного биолога. М.: Педагогика, 1986

7. Энциклопедия «Экология». М.: Аванта+, 2001

8. www. wikipedia.org

Размещено на Allbest.ru