Формирование биологии в XVII, XVIII, XIX веках

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный экономический университет»

Центр дистанционного образования

Контрольная работа

по дисциплине: Концепции современного естествознания

по теме: Формирование биологии в XVII, XVIII, XIX веках

Исполнитель: Иванов Р.Н.

Направление: Управление качеством

Группа: УК-11СР

Преподаватель: Упоров С.А.

Серов 2012



План

Введение

1. Биология как наука

2. Этапы развития биологии

3. Формирование биологии в XVII, XVIII, XIX вв.

Заключение

Литература



Введение

Современное естествознание представляет собой совокупность многих наук, которые тесно связаны между собой. К ведущим отраслям естествознания относится биология, изучающая живую материю и представляющая собой совокупность наук о живой природе. Интерес к познанию живого у человека возник очень давно, но именно в XVII-XIX вв. произошел прорыв в формировании биологии, сделаны открытия составляющие основу современного естествознания. Многие направления биологии, возникшие в XVII-XIX вв. получили дальнейшее развитие в последующие периоды. Именно поэтому раскрытие темы «Формирование биологии в XVII-XIX вв.» очень важно.

В своей работе я обращаю внимание на несколько аспектов. Используя учебник по биологии под редакцией В.Н. Ярыгина, а также учебник «Концепции современного естествознания» С.Х. Карпенкова, опишу сущность биологии как науки, ее понимание в настоящее время, предмет и объект изучения биологии. Поскольку «…нет еще учебного пособия по истории развития самой биологии» (Юсуфов А.Г. История и методология биологии,2003, стр. 4) раскрыть данную тему достаточно сложно. На мой взгляд изложение истории развития биологии упирается в необходимость ее периодизации, поэтому я приведу этапы развития биологии согласно учебнику под редакцией В.Н. Лавриненко, а так же С.Т. Мелюхина «Философские проблемы естествознания». Основу работы составят материалы учебного пособия для вузов «История и методология биологии» Юсуфов А.Г., поскольку в нем наиболее подробно и полно представлена информация о развитии науки о жизни. Так как сложно переоценить значение эволюционного учения Ч. Дарвина в биологии и системе естественных наук в целом, я уделю этой теме особое внимание. Изложение материала основной части работы я разделю на ряд периодов, в рамках которых раскрою достижения в отдельных областях биологии, что позволит сформировать наиболее целостное представление о формировании биологии в XVII-XIX вв.



1. Биология как наука

Термин биология (от греч. биос - жизнь, логос - наука) введен в начале в 1802 независимо Ж.-Б. Ламарком и Г. Тревиранусом для обозначения науки о жизни как особом явлении природы. С этого момента можно говорить о биологии как о комплексной науке, хотя ее история восходит к глубокой древности. Долгое время сведения о живой природе накапливались в рамках натурфилософии, медицины и в связи с запросами растениеводства и животноводства. Наиболее древними следует считать такие области как сравнительная анатомия, морфология и систематика.

В настоящее время термин биология используют и, относя к группам организмов вплоть до вида (биология микроорганизмов, биология северного оленя, биология человека), биоценозам (биология арктического бассейна), отдельным структурам (биология клетки). (Биология. В 2 кн. Кн.1. Учеб. для медиц. спец. вузов/ под ред. В.Н. Ярыгина. - 6-е изд., стер. - М.: Высш.шк.2004, с. 7)

В современном представлении биология - совокупность наук о живой природе - об огромном многообразии вымерших и ныне населяемых Землю живых существ, их строении и функциях, происхождении, распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой.

Биология устанавливает общие и частные закономерности, присущие жизни во всех ее проявлениях (обмен веществ, размножение, наследственность, изменчивость, приспособляемость, рост, раздражимость, подвижность и др.) Объект изучения биологии - живая природа в ее естественном состоянии и целостности. (Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов. - М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997, с. 285-286) Предметом биологии как научной дисциплины служит жизнь во всех ее проявлениях: строение, физиология, поведение, индивидуальное и историческое развитие организмов, их взаимоотношение друг с другом и с окружающей средой.

2. Этапы развития биологии

Вопрос о периодизации истории развития биологии еще не решен. Биология неоднозначно периодизируется в разных изданиях.

Так, например, согласно В.Н. Лавриненко в биологии выделяют три основных этапа: 1) систематики (К. Линней), 2) эволюционный (Ч. Дарвин), 3)биологии микромира (Г. Мендель). Каждый из них связан с изменением представлений о мире живого, самих основ биологического мышления, со сменой биологических парадигм. (см. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов / Под ред. проф.В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова. - 2-у изд., перераб. и доп. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001., стр. 179)

В пособии С.Т. Мелюхина указано, что история развития биологии разделяется на пять основных этапов. Каждый из этапов связан с доминированием определенных мировоззренческих установок, накоплением доказательств самого факта эволюции, формированием первых эволюционных представлений, а затем и эволюционных концепций, крупными открытиями и обобщениями в изучении причин и закономерностей эволюции и, наконец, созданием развитой, фактически обоснованной современной научной теории эволюции, базирующейся на принципах диалектико-материалистической методологии.

Первый этап, охватывающий период от античной натурфилософии до возникновения первых биологических дисциплин в науке Нового времени, характеризовался сбором сведений об органическом мире и господством креационистских и наивно трансформистских представлений о происхождении органического многообразия форм. Представления наивного трансформизма о самозарождении живых существ, возникновении сложных организмов путем случайного сочетания отдельных органов (Эмпедокл), внезапном превращении видов (Анаксимен) бесконфликтно уживались с мифологическими и религиозными представлениями о том, что органический мир и Вселенная в целом остаются неизменными после божественного сотворения.

Второй период связан с переходом к систематизации накопленного в ботанике и зоологии материала и построению первых таксономических классификаций. На смену наивным трансформистским представлениям пришла метафизическая концепция неизменности видов, построенная на философском принципе Г. Лейбница о гармонии в природе. В это время происходило накопление доказательств факта эволюции. Под влиянием этих доказательств, а также философских идей эпохи просвещения началось формирование исторического подхода к объяснению целесообразности живого. Первая попытка построения целостной концепции развития органического мира была предпринята Ж.-Б. Ламарком. Основу его концепции составляли идеалистические положения об изначальной целесообразности живого, о внутренней цели и стремлении живого к совершенствованию как основных причинах органической эволюции.

Третий период, начавшийся с опубликования труда Ч. Дарвина «Происхождение видов» (1859) и завершившийся на рубеже XIX-XX вв., был временем революционного перелома в биологии, утверждения в ней идеи развития и превращения ее в руководящий метод научного познания, возникновения целого комплекса отраслей эволюционной биологии и острой идейной борьбы между различными эволюционными течениями.

Четвертый этап (с начала XX в. до середины 30-х годов) ознаменовался переходом к систематическому экспериментальному изучению отдельных факторов эволюции, ожесточенными нападками на теорию естественного обора, попытками противопоставить ей новые данные и обобщения генетики и экологии.

Пятый этап характеризуется формированием в конце 30-х-начале 40-х годов и развитием в последующее время современного дарвинизма на основе всеобъемлющего синтеза знаний о факторах, движущих силах и закономерностях эволюции, полученных в разных областях эволюционной биологии. Поэтому современный дарвинизм называют«синтетической теорией эволюции». (Философские проблемы естествознания: Учеб. пособие для аспирантов и студентов филос. и естеств. фак. ун-тов. / Под ред. С.Т. Мелюхина. - М.: Высш. шк., 1985., с 304-306)

3. Формирование биологии в XVII, XVIII, XIX вв.

биология природа животное растение

Рассмотрим более подробно формирование биологии в XVII-XIX вв.

Наиболее важные события XVII века - становление методической естественной истории, заложившей основы систематики животных и растений; развитие анатомии и открытие второго круга кровообращения; начало микроскопических исследований, открытие микроорганизмов и первое описание клеток растений, сперматозоидов и эритроцитов животных.

К XVII веку относится завершение традиции «травников». Швейцарский врач и ботаник Каспар Боэн в своем труде «Pinax Theatri Botanici» собрал все известные на тот момент виды растений (около 6000), уточнив синонимы. Это была последняя сводка такого размаха, в которой все ещё использовались приемы «народной таксономии». Группы растений в работе Боэна не имели характеристик, указывавших на их отличительные признаки. Названия растений формировались, по-прежнему, без строгих правил, иногда путём добавления слов-модифиаторов к названию, данному древнегреческими или древнеримскими авторами, иногда путём латинизации туземных названий растений. Боэн был знаком с книгой Чезальпино, но не видел смысла в применении метода, считая установление синонимики более важной задачей. Вместе с тем, с середины XVII века появляется все больше работ, написанных в традиции методической естественной истории, отталкивавшейся от труда Чезальпино.

Значительные перемены наблюдаются в области анатомии и физиологии животных и растений. Английский врач Уильям Гарвей (1578-1657), производя опыты с кровообращением и вскрытия животных, сделал ряд важных открытий. Он обнаружил венозные клапаны, создающие препятствие для тока крови в обратном направлении, показал изоляцию правого и левого желудочков сердца и открыл малый круг кровообращения (аналогичное открытие сделал незадолго до него Мигель Сервет, сожженный кальвинистами за свои богословские взгляды). Ян Сваммердам (1637-1680) и Марчелло Мальпиги (1628-1694) описали внутреннее строение многих беспозвоночных животных. Мальпиги описал сосуды растений и путём экспериментов показал наличие восходящего и нисходящего тока в разных сосудах.

Первое изображение растительных клеток на срезе пробки в «Micrographia» Роберта Гука (1665)

Итальянский естествоиспытатель Франческо Реди (1626-1698) экспериментально доказал невозможность самозарождения мух из гнилого мяса (затянув часть горшков с гнилым мясом кисеей, он смог воспрепятствовать откладке яиц мухами). Уже упоминавшийся Уильям Гарвей сделал детальное описание развития цыпленка и ряда других животных и высказал предположение, что все они так или иначе развиваются из яиц, хотя наблюдать яйца непосредственно он и не мог.

Наконец, в XVII веке сформировалась совершенно новая область исследований, связанная с изобретением микроскопа. Опубликованный Робертом Гуком (1635-1703) трактат «Микрография», посвященный описанию наблюдений при помощи микроскопа ряда объектов живой и неживой природы (срез пробки, блоха, муравей, кристаллы соли и др.), а также материальной культуры (острие иглы, лезвие бритвы, точка в книге и др.), вызвал широкий общественный резонанс. Помимо того, что он служил источником вдохновения Джонатана Свифта в некоторых фрагментах «Путешествий Гулливера», он создал моду на микроскопические исследования, в том числе и биологических объектов. Одним из ревностных любителей-микроскопистов стал голландский ремесленник Антони ван Левенгук (1632-1723), который вел наблюдения при помощи изготовленных им простых микроскопов и отсылал результаты наблюдений для публикации в Лондонское королевское общество. Левенгуку удалось описать и зарисовать целый ряд микроскопических существ (коловраток, инфузорий, бактерий), красные кровяные тельца, сперматозоиды человека.

Основные направления изучения живой природы в XVIII в.

XVIII в. характеризуется углублением капиталистических производственных отношений и дальнейшим ростом промышленности, раскрепощением идеологии и ослаблением давления церкви на науку. Активно развиваются все отрасли естествознания, углубляются знания о живой природе. В селекции начинается эра применения методического отбора, которая привела к невиданным успехам в сорто- и породовыведении (Франция и Англия).

Развитие культуры и просвещения благодаря деятельности выдающихся мыслителей сказалось на повышении интереса к науке, вопросам эволюции и целесообразности организации жизни. Освобождение от духовного порабощения церкви привело к просвещению общества, которое осознало необходимость изучения законов развития природы и общества. Естествознание получает покровительство общества. В XVIII в. расширяется сеть университетов, естественных музеев и ботанических садов, что не замедлило сказаться на успехе биологии в разных странах Европы.

Обобщения в области систематики.

Огромный материал по описанию растений и животных, накопленный в предыдущих эпохах и его дальнейший рост в XVIII в. поставил ботаников и зоологов перед необходимостью разработки системы классификации.

Завершение систематизации накопленного материала осуществил К. Линней (1707-1778), труды которого способствовали окончательному оформлению бинарной номенклатуры и построению системы организмов. К. Линней изложил свои взгляды в работе «Система природы» (1735) и в качестве единицы классификации принял «вид», сходные виды объединил в «роды», «роды» -в «порядки» (впоследствии «семейства»), а затем в «классы». К. Линней создал терминологию, обозначил различные части растений точными названиями, ввел в ботанику до 1000 терминов. Классификация животных, предложенная Линнеем была следующей. Так, животный мир был разделен на шесть классов с учетом наличия крови и ее окраски, строения сердца: черви, насекомые, рыбы, земноводные, птицы и млекопитающие.

Особой оригинальностью отличалась классификация царств растений с описанием 24 классов и более 60 порядков. Эта классификация устранила путаницу при описании растений. К концу XVIII в. с использованием системы Линнея уже было описано более 20000 видов (самим же К. Линнеем 10000).

При всей новизне и удобстве системы К. Линнея она не гарантировала четкое определение родства видов в силу ограниченности и произвольности используемых диагностических ключей. Объединенными в одну группу нередко оказывались виды, далекие в систематическом отношении. Тем не менее система К. Линнея была непревзойденной «в своей изящной простоте» (К.А. Тимирязев, 1939, с. 21)

Достижения в области физиологии растений и их значение для развития представлений о живой природе

Были достигнуты успехи в изучении химических свойств простых и сложных веществ, открытие кислорода, познание состава воды, углекислого газа и ряда органических веществ. Эти достижения оказали положительное влияние на дальнейшее углубление представлений о жизнедеятельности растений в XVIII в.

Открытия в области химии способствовали конкретизации роли растений в круговороте веществ в природе, вопросов регуляции их продуктивности и развития. В трудах М.В. Ломоносова (1763) четко была сформулирована мысль об участии листьев в воздушном питании растений, указано, что «растения черпают материал, необходимый для своей организации из воздуха…».

В XVIII в. было продолжено изучение пола и размножения растений. На изучение пола растений т оказали влияние труды К. Линнея и его наблюдения над опылением растений. Наибольшего успеха достиг И. Кельрейтер, который, проведя гибридизацию с 50 видами, получил множество гибридов, промежуточных между исходными родительскими парами. И. Кельрейтер пришел к вывод, что потомство у растений получается только при участии мужского и женского «семени».

Исследования в области структурной и функциональной организации животных

XVIII в. ознаменовался дальнейшим углублением представлений о структурной и функциональной организации животных.

Немецкий ученый Хр. Рейль (1759-1813) основал журнал «Архив физиологии (1755) с задачей публикации результатов исследований физико-химических основ жизненных явлений у животных. Он объяснял процессы жизнедеятельности, исходя из способности материи к изменениям.

Швейцарский ученый А. Галлер (1708-1777) в работе «Элементы физиологии» впервые сокращение мышечных волокон рассматривал как проявление общего свойства - раздражимости. С раздражимостью он связывал движение мышц, сердца и внутренних органов.

Развитие исследований в области сравнительной анатомии выявило сходство организации разных животных. Так, была выявлена общность строения человека и других позвоночных. Выделяется новая наука - антропология. Французский ученый Ф. Вик д^,Азир (1748-1794), сравнивая строение органов у разных животных и в пределах одного организма, пришел к представлениям о единстве их строения и функций. Он находит связь между строением нервной системы у животных различных классов и особенностями их движения, инстинктов, раздражимостью и умственным развитием, а также сходство в строении одних и тех же органов у животных различных классов.

Исследования в области сравнительной анатомии в дальнейшем были углублены. Их результаты имели значение для развития систематики и представлений о единстве происхождения животных.

Исследования в области эмбриологии и их значение для прогресса биологии

Эмбриональное развитие привлекало внимание с древнейших времен. Однако до XVIII в. эмбриология находилась в зачаточном состоянии. Направления и достижения эмбриологии в XVIII в. имели не только теоретическое, но и принципиальное методологическое значение.

В XVIII в. закладываются экспериментальные основы изучения индивидуального развития, роли мужского и женского зачатков, процесса оплодотворения.

Интенсивно развивались исследования по регенерации. Р. Реомюр (1683-1757) ввел термин «регенерация». А. Трамбле достиг успеха в опытах на трех видах гидр по регенерации и трансплантации. Ш. Бонне достиг положительных результатов по восстановлению целого организма из изолированных отрезков гидры, различных червей, а также утраченных органов у морских звезд, улиток, раков, саламандры. С учетом способности к регенерации у растений Ш. Бонне делает заключение о регенерации как общебиологическом явлении, имеющем значение для выживания индивидуума. Он усматривал связь между явлением регенерации и бесполым размножением -путем деления и почкования.

Значительное накопление материала в различных областях биологии и попытки его обобщения мало повлияли на центральную идею происхождения живой природы, перешедшей из средневековья. Господствующей оставалась идея о сотворении живой природы, подкрепленная словами К. Линнея о том, что видов столько, сколько «различных форм было создано вначале». Подобный взгляд вытекал из метафизического мышления биологов того периода, которые рассматривали «природу как нечто законченное» (Ф. Энгельс)

Идея о сотворении живой природы получила развитие в трех направлениях: 1) признание неизменности видов. Возникающие изменения видов под влиянием условий среды и гибридизации рассматривались как случайные события -разновидности, не меняющие специфику самого вида; 2) признание наличия вложения зародышей («преформизм»); 3) в трактовке явления органической целесообразности как изначального свойства живой природы и результата творения.

Центральная идея биологии XVIII в. об абсолютной неизменяемости видов оставалась как фундаментальная ее основа, несмотря на попытки ее пересмотра и критики сторонниками трансформизма. Трансформизм исходил из возможности постепенного развития живой природы от простого к сложному, включая и самозарождение жизни из неорганических веществ.

Итак, XVIII в. обогатил биологию не только новым фактическим материалом в разных направлениях, но и идеями. Резкой критике подверглась основная догма биологии - идея неизменяемости и абсолютного постоянства видов. Несмотря на ее критику, она еще до середины XIX в. господствовала в науке. Многие вопросы, поставленные в XVIII в., стали предметом специального изучения в первой половине XIX в., на их основе возникают новые направления науки. Достижения биологии XVIII в. поэтому следует рассматривать как предпосылку дальнейших ее успехов.

Формирование биологии как комплексной науки и ее успехи в первой половине XIX в.

Углубление промышленной революции, начавшейся в XVIII в., оказало заметное влияние на социально-мировоззренческое состояние ряда стран Европы, что привело к повышению не только эффективности производства, но и обострению противоречий в обществе. Возрастание доли наемного труда и его эксплуатации в промышленности, а также формирование крупных аграрных хозяйств за счет разорения мелких землевладельцев имели глубокие последствия для роста народных волнений в первой половине XIX в., предвестником которой выступает французская буржуазная революция в 1789 г.

В обществе ощущалось стремление достичь свободы и равенства. Формируются несколько идейных течений, оказавших влияние на социальное и духовное развитие начала XIX в. и способствовавших переосмыслению идеалов буржуазного общества. На первый план выдвигаются учения французских утопистов и ряда философских школ Германии. Это привело к заметным изменениям в разных разделах естествознания, касающихся истории возникновения и развития Земли, Солнечной системы, принципа сохранения и превращения энергии, физических и химических свойств атомов и молекул, электрических явлений и т.д.

Все это отразилось на изучении физико-химической и структурной организации живых существ, их прошлого и настоящего. Ж.Б. Ламарк и Л.Х. Тревиранус независимо друг от друга предлагают термин «биология» для обозначения комплекса дисциплин, изучающих живую природу. Создается база для выделения биологии как самостоятельного и комплексного раздела естествознания. Начало XIX в. следует признать эрой поворота исследований живой природы на качественно новый уровень, завершившийся принципиальными обобщениями в разных областях биологии.

Успехи в области систематики, экологии и палеонтологии животных и растений

В систематике благодаря трудам К. Линнея был введен порядок в смысле классификации животных и растений. Новыми сборами значительно расширились списки видов растений и животных, был поставлен под сомнение основной принцип, на чем базировалась систематика К. Линнея: постоянство и независимое происхождение видов. Была углублена классификация животных выделением новых классов и уточнением положения отдельных их групп, ступеней последовательного генеалогического усложнения. Наиболее значительным признаны попытки установления филогенетических связей между животными как результат их постепенной эволюции.

Отмечены серьезные достижения в развитии систематики животных. Общим итогом развития систематики животных в XIX в. признано четкое деление животных на типы, особенно позвоночных, червей и членистых, простейших и иглокожих. Все это имело значение для последующей конкретизации филогенетических связей в животном мире.

В области систематики растений наибольшее внимание в первой половине XIX в.заслуживают исследования О.П. Декандоля. Его система была основана на учете анатомо-морфологических показателей, классификация покрытосеменных начиналась с двудольных, многолепестковых. Отечественный ботаник П.Ф. Горянинов (1756), опираясь на систему А. Жюсье, разделил растения на споровые, ложносеменные (голосеменные), однодольные и двудольные. Впервые голосеменные он выделил из покрытосеменных.

Расширяются сведения о географии и экологии растений и животных. Наблюдается переход от наблюдений к экологическому мышлению, чему способствовали исследования А. Гумбольдта (1769-1859) по зональному и вертикальному распространению растений. Выделив более 17 типов растительных формаций, он продемонстрировал роль климата в определении физиономического типа растений. Швейцарский ботаник И. Турман (1848) предложил различать понятия «флора» и «растительность» и выделить их как самостоятельные направления исследования, что способствовало выделению геоботаники как науки.

В развитии экологического направления велика роль К.Ф. Рулье (1814-1858). Он обратил внимание на изучение связи животных с окружающей средой. Учитывалась роль климатических факторов и взаимодействие организмов между собой. В додарвиновской биологии К.Ф. Рулье увязывал эволюционный процесс с геологическими событиями на поверхности Земли. Он считал, что эволюция идет не только по пути повышения организации, но в большей мере формирования многообразия.

На рубеже XVIII-XIX вв. благодаря трудам Ж. Кювье выделяется палеонтология как самостоятельная наука о вымерших животных. Особенно широкое развитие палеонтология получила после выработки подхода к оценке стратиграфической летописи, что привело к классификации хронологии слоев по остаткам окаменелостей беспозвоночных. Упорядочилась оценка хронологической последовательности ископаемых растений и позвоночных. Несмотря на бесспорные факты о постепенной смене форм жизни в истории Земли, вывод об эволюции еще не получил распространение в биологии.

Исследование онтогенеза и эмбрионального развития животных и растений

Развитие животных и растений в течение индивидуальной жизни (онтогенез) привлекало внимание с древнейших времен при обсуждении вопросов, касающихся наследственности, старения, смерти, влияния внешних условий и т.д. Но многие вопросы эмбрионального развития еще долгое время оставались тайной. Х.И. Пандер изучал «превращения насиженного яйца в течение первых пяти дней»(1817). К.М. Бэр (1792-1876) собрал большой сравнительный материал по этому же вопросу («История развития животных. Наблюдения и размышления»). Он детально описал этапы эмбриогенеза цыпленка, обобщил их в плане познания закономерностей развития и строения животных. Для животных К. Бэр выделяет четыре типа эмбрионального развития: периферический и лучистый, удлиненный, массивный, и позвоночные.

На основе сравнения развития зародышей разных животных К. Бэр сформулировал четыре закона: в каждой большой группе общее образуется раньше специального, специальное постепенно формируется из общего, эмбрионы одной животной формы не проходят через взрослые этапы других форм, а сходство форм проявляется только в самих эмбрионах.

Заметные успехи достигнуты в изучении развития генеративных органов, оплодотворения и строения зародыша у растений, что имело значение для зарождения эмбриологии растений как самостоятельной науки. Доказано существование пола у растений, решен вопрос о формировании зародыша семени. Исследования полового процесса и оплодотворения у животных и растений привели к выделению эмбриологии как самостоятельной науки и формированию в ней сравнительного направления, а также развитию новых методов оценки филогенетических связей между разными классами в пределах растений и животных на основе сходства и различия по начальным этапам онтогенеза. Полученные данные были использованы в дальнейшем при обосновании теории эволюции и принципов филогенетической систематики. Познание процесса оплодотворения оказало большое влияние на развитие представлений об аппарате наследственности. Возникновение эмбриологии имело значение для развития эволюционного учения.

Успехи в области физиологии животных и растений

В познании особенностей онтогенеза и единства организации живой природы важную роль сыграли и достижения в области физиологии животных и растений в первой половине XIX в., связанные с изучением физико-химических процессов.

Французский ученый Франсуа Мажанди (1785-1855), опираясь на достижения физики и химии, пытался объяснить явления жизни, исследовать их в процессе становления в онтогенезе, используя экспериментальные подходы. Он анализировал отдельные этапы кровообращения и пищеварения.

Мари Флуранс (1794-1867) изучал значение различных нервов и участков головного мозга. Существенны достижения И. Мюллера (1801-1858) в изучении нервов, органов чувств, нервных волокон и симпатических нервов, их роли в распространении раздражений к мускулам. Нервы в его понимании - проводники сигналов от внешних воздействий. Он пишет, что «ощущение, боль, наслаждение - все это состояния нервов, а не свойства вещей, которые вызывают их в наших нервах».

Физиолог К. Бернар (1813-1878) объяснял физико-химическими процессами функции поджелудочной железы, печени, гликогена и поддержания гомеостаза организма. В сходстве переработки крахмала он усматривал единство жизнедеятельности животных и растений.

В первой половине XIX в. также достигнуты успехи в изучении питания растений. Н. Соссюр (1767-1848) накопил большой экспериментальный количественный материал в пользу участия углекислого газа в синтезе органических веществ и выделения при этом кислорода в равных объемах к поглощенному углекислому газу. Доказано участие в этом процессе солнечной энергии, воды, минеральных веществ.

Успехи изучения микроорганизмов. Теория клеточного строения и развития живых существ

С конца XVIII в. микроскопическими исследованиями было доказано существование многочисленных организмов, невидимых простым глазом. Число описанных микроорганизмов возросло и их пришлось выделить в особую группу Protozoa.

О роли микроорганизмов в инфекционных заболеваниях предполагали давно, впоследствии было определено участие отдельных из них в процессах брожения.

С обнаружением роли микроорганизмов в природе и возможности их использования в промышленных целях изучение простейших достигает большого размаха. Происходит описание новых видов, накопление сравнительных данных по морфологии, строению и образу жизни простейших. Интерес к исследованию микроорганизмов способствовал выделению бактериологии как науки.

Усовершенствование конструкции микроскопа позволило описать оболочки клеток и ядра; ядро отнесено к обязательным элементам всякой клетки.

К 40-м годам XIX в. завершилась формулировка клеточной теории строения организмов благодаря исследованиям Шлейдена (1804-1881) и Т. Шванна (1810-1882). С утверждением клеточной теории выделяются гистология и цитология как самостоятельные науки.

Учение Ж.Б. Ламарка. Другие представления об эволюции органического мира в первой половине XIX в.

Жан Батист Ламарк (1744-1829) -французский академик, выдающийся представитель биологии конца XIII и первой половины XIX в., автор мемуаров по метеорологии, флоры Франции и ботанического словаря.

В 1802 г. в книге «Гидрология» Ж.Б. Ламарк отмечает, что поверхность Земли менялась постепенно на протяжении веков под влиянием ныне действующих сил природы. В семитомной «Естественной истории беспозвоночных животных» упорядочил характеристику и классификацию беспозвоночных, выделил эту группу в самостоятельный раздел зоологии.

В своих трудах Ж.Б. Ламарк обращался к проблеме эволюции и изменяемости видов, акцентируя внимание на действие условий существования. «Природа, действующая во всем постепенно, не могла произвести всех животных за раз: она сформировала сперва самых простых, а затем постепенно - сложных» (Ламарк). Никто до него идеи о происхождении одних видов из других, а также о прогрессе растений и животных, не смог так четко выразить. Ступени лестницы органических существ, по его мнению, «уловимы исключительно в главных группах общего ряда, а не в видах, ни даже родах». Ж.Б. Ламарк пытается построить естественную классификацию организмов с учетом морфологических, физиологических и психических их особенностей, где получил бы отражение порядок, в котором природа производила животных, как последовательный ряд градаций. На основе построения этой системы Ламарк пришел к признанию наличия эволюции органических форм и сделал попытку объяснить ее факторы. В их числе он указывает время и среду, т.е. необходимо время и изменение среды как первопричины эволюций.

На растения и низшие животные среда действует непосредственно, их изменения всегда соответствуют направлению изменения среды, т.е. происходит прямое приспособление. На высшие животные, среда действует опосредованно через перестройку потребностей. Полученные при непосредственном и косвенном влиянии среды изменения передаются в ряду поколений по наследству. Эти положения он сформулировал в виде законов: упражнение (развитие) и неупражнение (редукция) органов (1-й закон). Все, что природа заставила индивидов приобрести или потерять «все это сохраняется путем размножения у новых особей…, если приобретенные изменения присущи обоим родителям или тем, от которых новые особи произошли» (2-й закон).Однако Ж.Б. Ламарк не мог объяснить упражнением или неупражнением появление совершенно новых органов или сохранение маловажных органов. Появление нового органа связывал с накоплением флюидов на определенных участках (например, накопление флюидов ярости на костях головы способствует формированию рогов), что было на уровне фантазии.

Ж.Б. Ламарк пытался объяснить и естественное положение человека от четвероруких обезьян длительным использованием передних и задних конечностей в разных целях. Использование задних конечностей для ходьбы якобы превратило обезьян в двуногие существа.

Своеобразным было объяснение Ламарком причин усложнения организации в живой природе «внутренним их стремлением» к повышению своей организации на основе «силы воли».

При всех недостатках рассуждений Ж.Б. Ламарка его заслугой остается первое обоснование наиболее стройного и научного учения эволюции органического мира, пронизанное принципами историзма и развития. Учение Ж.Б. Ламарка не раскрыло эволюционного процесса, оно держалось на слабой фактической основе и страдало отсутствием строгих фактов.

Другие исследователи в начале XIX в также пытались объяснить процесс эволюции. Так, еще в 1818 г. В.С. Уэллс обратил внимание на то, что негры и мулаты в тропиках защищены от болезней, которыми страдают представители белых рас. По этой причине в Африке белая раса не получает распространения «вследствие невозможности конкурировать с более могучими соседями». Мэттью в работе «О корабельном лесе и древоводстве» (1831) также усматривал значение естественного отбора. Выдвинул всеобщий «закон» развития: каждое существо в процессе размножения достигает совершенства в соответствии с условиями за счет гибели большей части потомства.

Идея об отборе была высказана и в работе Э. Блита в виде мысли о существовании конкуренции и борьбы за пищу, результатом которой является выживание наиболее приспособленных к условиям.

Итак, развитие биологии в первой половине XIX в. характеризуется следующими особенностями:

- в разных областях биологии получены данные, свидетельствующие о единстве организации и развития живых организмов, о последовательности смены форм жизни в истории Земли;

- трансформацию форм жизни в геологическом прошлом связывали с ныне действующими «на поверхности Земли факторами»;

- предприняты попытки объяснить органическую целесообразность (гармонию) с учетом плодовитости и борьбы за существование;

- высказывалась идея отбора в природе;

- предложена первая научная концепция эволюции, опирающаяся на принципы историзма и развития;

- биология постепенно стала превращаться в теоретическую и обобщающую науку.

Несмотря на достигнутые успехи, в биологии до середины XIX в господствующей оставалась идея о постоянстве и неизменности видов, из-за неясности механизма эволюционного процесса.

Эволюционное учение Ч. Дарвина и его методологическое значение для развития биологии

Теоретические построения Ч. Дарвина об эволюции видов опирались на анализ фактов изменчивости организмов в прирученном состоянии. С этого вопроса начинается «Происхождение видов», ему же посвящена специальная работа «Изменение животных и растений в одомашненном состоянии» (1868).

Ч. Дарвин разделил изменчивость на несколько типов. Ч. Дарвин понимал, что только изменчивостью нельзя объяснить различия пород и сортов. Многие такие различия связаны с удовлетворением требований человека (хозяйственных, эстетических, спортивных и т.д.). В этом он увидел широкое явление, характерное для развития всей природы (отбор).

На примере анализа домашних животных и культурных растений Ч. Дарвин приходит к выводу, что «сорта и породы различаются между собой более чем особи одного и того же вида или разновидности в естественном состоянии».

Для домашних животных и культурных растений характерны следующие особенности: 1) они представлены большим многообразием; 2) породы и сорта одной группы отличаются как между собой, так и от дикого предка; 3) они отвечают нуждам человека.

Говоря о различии пород и сортов, Ч. Дарвин замечает, что они возникли не внезапно, а постепенно благодаря стараниям человека оставлять на потомство особей, отвечающих его требованиям. Т.е. человек «сам создал полезные для него породы».

Результаты искусственного отбора заранее предопределены в планах селекционера, его действие ограничено во времени и численностью особей. Этим он принципиально отличается от естественного отбора.

Начав с изложения известных фактов об изменчивости животных и растений в одомашненном состоянии и действии искусственного отбора, Ч. Дарвин в «Происхождении видов» переходит к рассмотрению роли естественного отбора. Ч. Дарвин описал примеры борьбы за существование в природе, включая все взаимоотношения особей и видов в окружающей среде, значимые для обеспечения потомства. Борьба за существование рассматривается как неизбежный результат геометрической прогрессии размножения, характерной без исключения для всех существ в природе. Естественный отбор в природе выступает как интегральный результат взаимодействия трех предпосылок: генетической гетерогенности особей в популяциях, геометрической прогрессии размножения («давление жизни») и борьбы за существование. Размножение обеспечивает возможность возникновения, как наследственных изменений, так и избыточной численности потомства. Это приводит к нехватке имеющихся ресурсов. Возникает борьба за ресурсы между особями вида, в ходе которой и оцениваются индивидуальные особенности, определяющие преимущество одной особи над другой в размножении. Сохранение полезных индивидуальных различий или изменений и уничтожение вредных Ч. Дарвин назвал естественным отбором.

С глубокой древности натуралистов поражала гармония живых существ с окружающими условиями («органическая целесообразность»), что не находило научного объяснения до появления теории естественного отбора. Одна из заслуг теории отбора состоит в объяснении данного феномена. Гармония живой природы не является изначальной, а складывается в процессе действия отбора как результат расхождения признаков в ряду поколений. Ч. Дарвин любое приобретение, в том числе прогрессивное, рассматривал под углом приспособления и механизма накапливающего действия отбора. Обязательный результат отбора выражается в стремлении особей в ряду поколений«сделаться более и все более совершенным по отношению к окружающим условиям, в процессе которого возможен и постепенный прогресс организаций» (Дарвин)

С момента опубликования «Происхождения видов» учение Ч. Дарвина привлекает постоянное внимание, его оценка менялась в разные периоды. Ч. Дарвин отмечал, что «…я убежден, что естественный отбор был самым важным, но не исключительным, фактором изменения».

Теория естественного отбора удовлетворительно объясняет следующие факты: 1) возникновение многообразия органических форм на основе единства их происхождения - принцип монофилии; 2) приспособленность видов к окружающим условиям - принцип целесообразности; 3) доминирующую роль естественных процессов и законов в постепенном историческом развитии живой природы - принцип историчности развития; 4) соотношение между изменчивостью и реальностью видов в природе; 5) для своего времени учение об отборе представляло грандиозное обобщение фактического материала биологии.

Влияние теории Ч. Дарвина на последующий прогресс биологии огромно и общепризнано. Она совершила переворот в методологии биологии. Одна из общепризнанных заслуг дарвинизма - введение в биологию исторического метода, как метода познания. В объяснении процесса эволюции пока нет равных теории Ч. Дарвина.

Успехи развития биологии во второй половине XIX в. и ее эволюционные направления

Под влиянием теории естественного отбора начинается перестройка методологии исследований в биологии, что привело к формированию эволюционных направлений в разных ее областях. В этом смысле теорию Ч. Дарвина рассматривают как начало новой эры не только в биологии, но и мышлении человечества.

Эволюционное направление в палеонтологии и систематике

Палеонтология и систематика изучают многообразие форм живой природы, генетические связи между ними построением филогенетических, родословных рядов.

До возникновения учения Ч. Дарвина в систематике и палеонтологии сильна была позиция креационизма. Виды рассматривались как изначально созданные и неизменные, а наблюдаемая в геологических слоях смена ископаемых форм - как результат отдельных актов творения после очередных катастроф.

Положение резко изменилось с 1859 г. после возникновения принципа историзма при анализе фактического материала. Начинается период построения палеонтологических рядов ископаемых форм на эволюционной основе. Такой ряд был построен для третичных паллюдин (Н. Неймайр, 1845-1890) с демонстрацией последовательности изменений в строении раковины. Однако наибольшее теоретическое развитие такие исследования получили на примере эволюции копытных (В.О. Ковалевский, 1842-1833), приведший к глубоким морфофизиологическим изменениям в связи с переходом их предков к степному образу жизни. Новые признаки, подчеркивает Ковалевский, не появляются внезапно, а развиваются медленно, как и исчезновение. Признак постепенно становится редким, а потом исчезает.

Идея о возникновении приспособлений в связи с изменением образа жизни получила дальнейшее развитие в трудах Луи Долло (1857-1931) На примере изучения ископаемых рыб Л. Долло формулирует закон«необратимости эволюции». Согласно его представлениям, даже при повторении прежних экологических условий прошлого развития новые приспособления таксона возникнут уже на иной генетической основе.

Во второй половине XIX в. палеонтологами были описаны новые формы ископаемых: археоптерикс, динорнис, палеозойские амфибии, пермские травоядные и хищные пресмыкающиеся, мезозойские ящеры, мезозойские и третичные четвероногие, зубастые птицы на Кавказе, в Северной Америке.

Успехи систематики также оказались выразительными. Систематики касались одного из древних и сложных вопросов о родственных отношениях современных организмов и их связи с прошлыми существами. Общность происхождения «представляет собой единственную известную причину сходства организмов» (Ч. Дарвин), которая должна быть положена в основу естественной системы.

В построении таких систем отличился Э. Геккель (1834-1919), привлекая данные анатомии, палеонтологии индивидуального развития организмов - «метод тройного параллелизма». Он впервые предложил «обобщающее филогенетическое древо» органического мира, где растения, простейшие и животные оказались связанными между собой происхождением из общего гипотетического коня «монер» (безъядерное существо).

Одним из важных достижений систематики во второй половине XIX в. следует признать наведение порядка в основных ее категориях.

Развитие эмбриологии животных и растений

В эмбриологии продолжались традиции сравнительного изучения начальных стадий развития позвоночных, но недостаточно проводились исследования зародышевого развития беспозвоночных.

Прогресс в изучении эмбрионального развития беспозвоночных и сходства его стадий с позвоночными был достигнут благодаря исследованиям А.О. Ковалевского (1840-1901), И.И. Мечникова (1845-1916), Ф. Мюллера (1821-1897).

Эмбриология до А.О. Ковалевского разрабатывалась на примере отдельных позвоночных и отрицала единство происхождения животного мира. Последующие исследования подтвердили гомологию зародышевых листков позвоночных и беспозвоночных, что имело важное значение для утверждения идеи единства происхождения многоклеточных животных вообще. Исследования по эмбриологии животных способствовали также постановке проблемы взаимоотношения индивидуального и исторического развития - онто- и филогенеза. Было признано, что любая стадия онтогенеза может подвергаться эволюционным преобразованиям разными способами.

Исследования в области эмбрионального развития растений в указанный период не привлекали теоретического интереса, подобно эмбриологии животных. Была раскрыта роль перекрестного опыления в жизни растений.

В 70-х годах XIX в.был описан процесс оплодотворения у голосеменных. Важной вехой в развитии эмбриологии растений признаны работы С.Г. Навашина (1857-1930), открывшего явление двойного оплодотворения у покрытосеменных.

Исследования в области эмбриологии оказали влияние на прогресс других областей биологии.

Успехи изучения структурно-функциональной организации живых существ

Усилиями специалистов в области цитологии, анатомии и физиологии был достигнут значительный прогресс в познании структурно-функциональной организации животных и растений, что обогатило представления о единстве их происхождения.

В области изучения животных уделялось внимание комплексному изучению строения организмов, взаимосвязи и гомологии разных систем органов, происхождению и эволюции черепа и конечностей позвоночных. Результаты таких исследований легли в основу филогенетических древ. Физиология животных развивалась как экспериментальная наука. Используя методы физики и химии, физиологи пытались выяснить основные обменные процессы, определяющие состояние жизнедеятельности организма.

Во второй половине XIX в. в физиологии выделяются два направления исследования как основные: целостность организма и роль факторов среды в его жизнедеятельности (соотношение организма и среды). Эти исследования оказали большое влияние на развитие практической медицины (развитие учений о координации рефлекторных реакций, торможений центральной нервной системы). Одновременно проводилось изучение функций головного мозга и его роли в психической деятельности организма. Заслугой И.М. Сеченова (1829-1905) перед мировой наукой считается открытие в головном мозге центров не только угнетающих спинномозговые рефлексы, но и оценку их значения для координации двигательных актов. В этот же период закладываются основы физиологии зрения и слуха.

Прогресс был достигнут и в таких областях, как физиология кровообращения, нервной регуляции сердца и сосудов, физиологии поглощения и выделения углекислого газа кровью, связи между поглощением кислорода легкими и выделением углекислоты, локализации центров дыхания в продолговатом мозгу, нервного механизма авторегуляции дыхания и роли возбуждения дыхательного центра в содержании кислорода и углекислого газа в крови, физиологии пищеварения и секреторно-моторной деятельности пищеварительного тракта, а также физиологии обмена веществ и выделительной системы.

Исследования в области физиологии растений отличались эволюционной направленностью. Общим для физиологии растений было внедрение экспериментального и количественного подходов во все ее разделы при оценке состояния жизнедеятельности растений. В этот период удалось показать, что растения при выращивании на питательных средах могут синтезировать органическое вещество, используя углерод атмосферы при наличии света. Значительный успех в изучении фотосинтеза связан с выяснением роли его пигментов выделением твердого кристаллического хлорофилла.

Физиологи растений достигли заметных успехов также в области минерального питания. В конце XIX в. был решен вопрос и о роли микроорганизмов в фиксации атмосферного азота. Исследования в области физиологии растений показали приспособительный характер процессов жизнедеятельности.

Представления о структурно-функциональной организации живой природы были углублены изучением микроорганизмов, что привело к формированию микробиологии как науки. Успехи микробиологии были обусловлены практическими задачами медицины и животноводства - изучением микроорганизмов как возбудителей инфекционных болезней. Был достигнут прорыв в понимании этиологии таких болезней, как сибирская язва, туберкулез, холера, чума, процессов брожения, создании методов выделения и культивирования микроорганизмов и оборудование для работы с бактериями. Заложены основы промышленной микробиологии и практики вакцинации против ряда инфекционных заболеваний, разработана теория брожения и иммунитета.

Значительные успехи были достигнуты при изучении деятельности микроорганизмов в круговороте веществ в природе.

Важное событие в истории микробиологии - открытие Д.И. Ивановским (1864-1820) в 1892 г. вирусов табачной мозаики. В 1898 г. голландский микробиолог М. Бейерник подтвердил наблюдения Д.И. Ивановского и ввел термин «вирус».

Исследования в области структурно-функциональной организации живой природы углубляли представления о многообразии форм и разнообразии роли живых существ на Земле, а также о приспособленности и единстве их происхождения, т.е. основные тезисы учения Ч. Дарвина.

Развитие представлений о целостности живой природы как планетарного явления

К середине XIX в. были выполнены важные работы в области географии растений и животных продемонстрировавшие специфику распространения жизни на Земле. Под влиянием идей Ч. Дарвина интерес к биогеографии резко возрос, что привело во второй половине XIX в. к изучению разных областей и континентов с точки зрения истории их заселения.

Ф. Скитер (1829-1913) в 1858 г. сушу разделил на шесть областей: палеарктическая, эфиопская, индийская, австралийская, неоарктическая и неотропическая. Это деление сохранилось с небольшими изменениями до настоящего времени.

Исследования в области зоогеографии привели к выявлению генетических связей различных фаун.

В ходе экспедиций по Сибири А.Ф. Миддендорф (1815-1894) делает теоретические обобщения фактов, касающихся миграции птиц, спячки животных, взаимодействия и взаимного влияния животных и растений при распространении.

Во второй половине XIX в. складываются представления о живой природе Земли как единого планетарного явления со сложной дифференциацией по климатическим зонам. Для характеристики путей взаимодействия живой природы со средой выделяется «экология».

Подводя итог результатам развития биологии во второй половине XIX в., следует отметить внедрение учения Ч. Дарвина во многие его разделы, что привело к формированию эволюционных направлений в систематике, палеонтологии, эмбриологии, сравнительной морфологии и анатомии, физиологии растений, а так же представлений о живой природе как планетарного и целостного явления. Таким образом, складывается эволюционная биология и новые научные направления.