Краткая история биологии

Решающим фактором, определяющим развитие науки, являются потребности общественного производства, т.е. развитие любой науки находится в известной зависимости от общественного строя, уровня развития производительных сил, потребностей практики, общего уровня развития науки и техники.

Первые сведения о живых организмах начал накапливать еще первобытный человек, т.е. корни биологии уходят глубоко в древность, в страны Средиземноморья, а источником биологических знаний была непосредственная практическая деятельность людей. В литературных памятниках различных народов древности (египтян, вавилонян, индийцев, китайцев и др.), наскальных рисунках излагалось много интересных, хотя и отрывочных сведений о растениях, о строении, развитии и образе жизни животных, об устройстве и жизнедеятельности человеческого тела и т.п.

В период цивилизации Древнего Востока человечество сделало значительный шаг вперед в познании природы. Накопленные здесь знания оказали впоследствии воздействие на науку античной Греции и Рима. Биологические воззрения были высказаны многими греческими философами-натуралистами, например, Гераклитом Эфесским (544-483гг. до н.э.), Анаксогором (500-428 гг.до н.э.), Демокритом (460-370 гг.до н.э.) и другими.

Значительный фактический материал о живых существах был собран великим врачом Греции Гиппократом (460 — 337гг. до н.э.). Гиппократу принадлежат первые сведения о строении животных и человека, описание костей, мышц, головного и спинного мозга и т.п.

Первая попытка систематизировать, критически осмыслить и обобщить накопленные знания о растениях и животных и их жизнедеятельности была осуществлена Аристотелем (384–322 гг. до н.э.). Естествознание и философия античного мира в наиболее концентрированном виде представлены именно в его трудах. Он описал более 500 видов животных и сделал первую попытку их классификации. Аристотель впервые попытался упорядочить знания о природе, разграничив ее на “ступени”: 1) неорганический мир; 2) растение; 3) животное; 4) человек.

Во всех телах природы Аристотель различал две стороны — материю, обладающую различными возможностями и форму, под влиянием которой реализуется именно данная возможность материи. По Аристотелю существуют души трех родов: душа растительная или питающая, душа чувствующая и разум. Растениям присуща душа питающая, животным, кроме нее, — еще душа чувствующая, а человеку — кроме первых двух свойственен еще и разум. Таким образом, Аристотель последовательно располагал живые существа по определенной шкале, что и описал в своем труде «Лестница природы».

Расширением знаний о строении человеческого тела древняя наука была обязана римскому врачу Клавдию Галлену (130 — 200 гг.до н.э.). Он написал множество трудов по всем областям медицины, производил вскрытие обезьян и свиней, подметил сходство в строении тела человека и обезьяны. Галлен был первым физиологом — экспериментатором и сделал ряд важных открытий, касающихся функций головного мозга и нервов, доказал, что артерии содержат кровь, а не воздух. В классическом труде “О частях человеческого тела” он дал первое анатомо-физиологическое описание человека.

В период средневековья, когда на смену рабовладельческому строю пришел феодализм, накопление знаний шло медленно. В эту мрачную эпоху утвердилось господство церкви с ее мистикой и реакционной идеологией, а во всех явлениях природы видели проявление божественного промысла.

Наиболее фундаментальными источниками сведений о биологических знаниях средневековья являются многотомные сочинения энциклопедического Альберта Великого (1206–1280 гг.). Он изучал функции отдельных частей растений, размножение животных и написал труды “О растениях” и “О животных”.

Среди ученых средневековья оригинальные данные и мысли в области медицины и биологии были высказаны таджикским врачом, натурфилософом Авиценой [Ибн-Сина] (980-1037 гг.) в его трудах « Канон медицины» и «Книга исцелений». Особенно обширны и интересны в них сведения по физиологии. «Канон медицины» являлся основным врачебным руководством в Европе вплоть до XVII века.

Важным рубежом в развитии науки, которая восстала против церкви, явилась эпоха Возрождения (XIV-XVI века). Во многих областях науки начинаются смелые исследования, которые ведут к все более глубокому познанию закономерностей природы. Естествознание этой эпохи явилось одним из факторов, революционизировавших жизнь. Достаточно в этой связи напомнить великие имена Леонардо да Винчи, Н. Коперника, Джордано Бруно, Галилео Галилея и других. В распространении научных знаний величайшее значение имело изобретение книгопечатания И. Гуттенбергом в 40-х годах XV века.

Развитию биологических наук в эту эпоху способствовали многочисленные путешествия, а также изобретение таких приборов как микроскоп, термостат, барометр и др. В этот период выделились и интенсивно развивались ботаника, зоология и анатомия. Однако продолжалась жестокая борьба развивающегося естествознания с церковью. Так, Джордано Бруно, выступавший как поборник учения Н. Коперника и защищая представления о материальном единстве вселенной, и Мишель Сервет (1511 — 1553), открывший малый круг кровообращения, были объявлены еретиками и сожжены на костре. Большой вклад в развитие биологии в этот период внес выдающийся анатом Андрей Везалий (1514 — 1564).

Он явился автором классического труда «О строении человеческого тела», который представлял собой описательную и топографическую анатомию человека. А. Везалий вскрывал трупы, разрабатывал методы препарирования, описал опорно-двигательный аппарат, сосуды, нервы, ряд систем внутренних органов и многое другое.

После того, как в начале XVII векаГ.Галилеем был сконструирован микроскоп, целая плеяда микроскопистов открывает тонкое строение растений и клеток животных. В этот период следует отметить некоторые труды следующих ученых:

1. Р. Гук (английский естествоиспытатель) описал некоторые растительные ткани и отметил их клеточное строение (1665).

2. М. Мальпиги (итальянский биолог и врач) изучал микроструктуру листьев, стеблей и корней и обнаружил сосудисто-волокнистые пучки, указал на их непрерывность в теле растения. У животных он описал выделительную систему насекомых (Мальпигиевы сосуды).

3. Н. Грю (английский ботаник), работавший почти одновременно с Мальпиги, установил понятие ткань.

4. У. Гарвей (английский врач, один из основоположников научной физиологии) в 1628 году выпустил труд «Анатомические исследования о движении сердца и крови у животных». В нем он доказал наличие кровообращения, описал большой и малый круги кровообращения.

5. А. Левенгук (голландский микроскопист) сконструировал свой микроскоп и обнаружил простейших, форменные элементы крови (эритроциты), сперматозоиды (в 1677 г.), изучал анатомию глаза, нервов, зубов. Он оставил после себя труд жизни «Микроскопические животные»

6. Дж. Рей (английский естествоиспытатель) в своем труде «История растений» (1686) описал множество растений, изучал их физиологию, классифицировал растительный мир, разделив его на две обширные группы: 1) несовершенные растения (грибы, мхи, лишайники, хвощи, папаротники и водоросли); 2) совершенные растения (их он тоже разделил на 2 группы: травы и деревья). Кроме того, Дж. Рей много работал в области классификации животных.

В XVIII векев науку начинают проникать идеи о всеобщей связи явлений, изменяемости природы, эволюции органического мира. К этому времени был накоплен обширный фактический материал, явившийся основой важных теоретических обобщений. Однако в естествознании еще господствовали метафизические воззрения.

Главным достижением этого времени является создание системы классификации животных и растений. Здесь можно отметить работы шведского ученого К. Линнея (1707-1778), предложившего бинарную номенклатуру. Однако, оставаясь убежденным метафизиком и креационистом, Линней считал, что виды являются совершенно постоянными и новые виды не возникают. В боле поздних своих работах он уже допускал, что новые виды могут возникать путем гибридизации, а в его трудах прослеживается мысль об изменяемости мира растений и животных.

Французский натуралист Бюффон Жорж Луи Леклерк (1707-1788) в своих работах указывал на изменяющее влияние климата, пищи и продолжительности времени на комбинации и изменение признаков организмов. Он полагал, что по мере изменения климата на Земле высокоорганизованные животные перерождались в менее совершенные формы. Особую роль в изменении видов он приписывал гибридизации.

В 1809 г. французский естествоиспытатель Ж. Б. Ламарк (1744-1829) выступил с первой теорией эволюции в труде «Философия зоологии». Ламарк распространил принципы эволюции не только на растительный и животный миры, но и на самого человека. Он считал, что: 1) организмы изменчивы; 2) виды условны и постепенно преобразуются в новые виды; 3) организмы постепенно совершенствуют свою организацию (градация, т.е. саморазвитие), движущей силой которой является изначальное стремление природы к прогрессу; 4) изменения организмов, приобретенные в течение жизни в ответ на изменения условий, наследуются и т.п. Однако, отрицая постоянство видовых форм, он пришел к отрицанию их реальности.

В этот период необходимо также отметить замечательные работы Я. Ингенхауза (1779), Дж. Пристли (1772, 1780), Ж. Сенебье (1782). Они ознаменовали собой не только экспериментальное подтверждение наличия у растений процесса воздушного питания, но и начали его всестороннее изучение. Так, Ян Ингенхауз вскрыл основное условие фотосинтеза — наличие света и зеленой окраски у растений. Дж. Пристли показал зависимость поглощения растением углекислого газа и выделения кислорода от солнечного освещения. Ж. Сенебье установил участие углекислоты в процессе фотосинтеза.

Опираясь на работы этих ученых в 1804 году Н. Соссюр в своем труде «Химические исследования растений» привел многочисленные опытные данные и сделал выводы о различных сторонах жизнедеятельности растений и прежде всего об их питании — воздушном и почвенном.

XIX векпредставляет собой своеобразную полосу в истории мировой науки. Этот этап ознаменовался рядом таких открытий и обобщений, которые существенно изменили представления всей картины мира.

Среди важнейших достижений в области биологии за этот период следует отметить :

1. Р. Броун (английский ботаник, автор броуновского движения) в 1831 году открыл ядро клетки.

2. М. Шлейден — австрийским ботаник (1838) и Т. Шванн — немецкий зоолог (1839) создали основы клеточной теории. В 1858 г. в своем труде «Целлюлярная патология» немецкий патологоанатом Р. Вирхов показал, что “всякая клетка возникает только из клетки”. Это оказало влияние на дальнейшее развитие учения о клетке.

3. Ю. Либих, Ж.Б. Буссенго и др. (середина XIX века) в своих экспериментах установили особенности питания растений и их отличия от животных, сформулировали принцип круговорота веществ в природе работы.

4. И.М. Сеченовым («отцом русской физиологии») заложены основы материалистического понимания высшей нервной деятельности (“Рефлексы головного мозга”, 1863), что явилось коренным переломом в физиологии. Сеченов также провел исследования по транспорту газов в крови.

5. Г.Мендель (чешский естествоиспытатель) в 1865 году открыл закономерности наследственности. В свое время это событие осталось без внимания. В 1900 году произошло повторное переоткрытие упомянутых закономерностей учеными Г.де Фризом, К. Корренсом и Э.Чермаком, что явилось базой для создания новой науки генетики.

6. Ч. Дарвин (английский естествоиспытатель) создал материалистическое эволюционное учение, содержащее строго научные доказательства развития органического мира от простых форм к более сложным в ходе длившейся миллиарды лет эволюции Земли. В своем труде “Происхождение видов путем естественного отбора” (1859) Дарвин показал движущие силы эволюции и объяснил ее механизмы.

7. Луи Пастер (французский ученый, основоположник микробиологии) опроверг теорию самопроизвольного зарождения микроорганизмов; в 1878-79 гг., изучая куриную холеру, иммунизацию против бешенства, действие предохранительных прививок, он заложил основу учения об иммунитете.

8. И.И.Мечников (русский биолог) в 1883 г. создал биологическую фагоцитарную теорию иммунитета, в основу которой была положена способность фагоцитов «захватывать» и разрушать инородные тела, попавшие в организм. Мечников является одним из основоположников эволюционной эмбриологии, сравнительной патологии, микробиологии и иммунологии. За свои работы по иммунитету он был удостоен Нобелевской премии.

9. П.Эрлих (немецкий врач и исследователь) открыл гуморальную теорию иммунитета (циркуляция с кровью специфических антител), за что был удостоен Нобелевской премии.

10. С.Н.Ивановский (русский ботаник, один из основоположников вирусологии) в 1892 году, изучая вирус табачной мозаики, открыл мир фильтрующихся вирусов.

В 20 векенаблюдается бурное развитие биологии. Для этого периода характерны два процесса: 1) прежние единые науки начинают распадаться на отдельные отрасли (например, из зоологии выделились энтомология, гельминтология и др.); 2) намечается тенденция к сближению биологии с другими науками, так возникли биохимия, биофизика, молекулярная биология и т.п.

Начало XX века характеризуется рождением (1900 г.) и развитием генетики, развитием молекулярной биологии.Для этого периода характерны следующие основные открытия ученых:

1) Де Фриз Гуго (голландский ботаник и генетик) впервые предложил термин «мутация» и выдвинул мутационную теорию эволюции (1901 г.).

2) У. Сеттон (американский цитолог) и Т. Бовери (немецкий цитолог и эмбриолог) в 1903 году показали, что хромосомы являются носителями генов. Это утверждение легло в основу хромосомной теории наследственности.

3) Т. Морган и его школа в 1911 году разработали и сформулировали хромосомную теорию наследственности, установили линейность расположения генов по длине хромосом.

4) В. Иогансен (датский генетик) в 1909 г. ввел понятия: ген, генотип, фенотип, создал учение о чистых линиях (оно легло в основу современных принципов селекции).

5) Г.С.Филлипов, Г.А.Надсон и А.С.Серебровский, И.А.Раппопорт (советские ученые, генетики) и Г.Меллер (американский генетик) и др. в 1925 году открыли явление индуцированного мутагенеза.

6) Н.И. Вавилов (советский генетик, селекционер) в 1920 году сформулировал закон гомологических рядов в наследственной изменчивости у близких видов, родов и даже семейств.

7) Четвериков С.С. (советский ученый) в 1926 году сделал решающий шаг к объединению генетики и теории естественного отбора, явился основоположником учения о микроэволюции.

8) И.В. Мичурин (советский биолог, селекционер) является основоположником селекции плодовых культур в СССР. Он предложил методы преодоления генетического барьера при отдаленной гибридизации.

9) Н.К. Кольцов (советский биолог) впервые сформулировал идею ауторепродукции хромосом, является одним из основоположников советской экспериментальной цитологии и генетики.

10) В. И. Вернадский в 1926 г. создает науку биогеохимию и учение о биосфере.

11) А. Тенсли (английский геоботаник) в 1935 г. создал учение об экосистемах.

12) В. Н. Сукачев (советский ученый) в 1940 г. создал основы науки биоценологии. На основе этих учений научно разрабатывается стратегия взаимоотношений человека с окружающей средой

13) Э. Тейтем и Дж. Ледерберг (американские генетики и биохимики) в 1946 году открыли процесс коньюгации (генетической рекомбинации) у бактерий.

14) М. Барр и Л. Бертрам (канадские ученые) в 1949 году в нейронах кошки открыли половой хроматин.

15) Дж. Уотсон (американский ученый) и Ф. Крик (английский ученый) — в 1953 году расшифровывают структуру ДНК. Это привело к раскрытию генетического кода, давшего толчок развитию молекулярной биологии, а в дальнейшем и генной инженерии.

16) Ж. Тио и А. Леван в 1956 году установили число хромосом человека.

17) М.Ниренберг (американский биохимик-генетик), Р.Холли (американский биохимик) и Х.Б. Корана (индийский ученый, работающий в США) — в 1961 году открыли генетический код.

18) Х.Б. Корана в 1970 году искусственно синтезировал искусственный ген.

19) Пол Берг американский биохимик, нобелевский лауреат изучал роль транспортной РНК в биосинтезе белков. Он получил рекомбинантные молекулы ДНК двух разных вирусов, на которых исследовал структуру индивидуальных генов. Им были заложены основы генной инженерии.

20) Коэн С. и Бойер Г. в 1973 году в разработали технологию переноса генов в бактериальную клетку.

21) В 1988 году создается международный проект «Геном человека», поставивший своей целью полное секвенирование ДНК человека.

22) Коллинз Ф. и Тсуи Л. — Ч. в 1990 году идентифицировали первый ген человека (CFTR), ответственный за наследственное заболевание (кистозный фиброз), который расположен на хромосоме 7.

В 20 веке существенное развитие получила эволюционная теория, что впоследствии привело к разработке синтетической теории эволюции (СТЭ). В 1989-1999 годах были расшифрованы геномы многих организмов. В настоящее время достигнуты большие достижения в генетике человека и генной инженерии.

В 30-е годы начинает развиваться спортивная биология и спортивная генетика. Особенная значимость спортивной генетики как отрасли науки о спорте и физическом воспитании определяется тем, что наследственные влияния более всего существенны для подрастающего поколения, а также тем, что в наибольшей степени генетически лимитированы предельные возможности человека, проявление которых именно и требуется в спорте.