биология – область естествознания, комплекс научных дисциплин о жизни во всех ее проявлениях

Термин «биология» (греч. bios – жизнь, logos – слово, учение, наука) предложен в начале XIX в. Ж.-Б. Ламарком и Г. Тревиранусом для обозначения науки о жизни как особом природном явлении. За минувшие два столетия биология проделала плодотворный путь развития. В настоящее время она представляет комплекс дисциплин. Предметом изучения одних остается жизнь как явление окружающего мира, других – проявления жизни на том или ином уровне организации или в том или ином ее сегменте, то есть все живое на планете в его конкретном пространственно-временном воплощении.

Каждая биологическая дисциплина характеризуется предметом исследования (познания), преимущественно используемыми методами научного анализа, идеями общего порядка, оформленными в виде теорий или гипотез, и методологическими подходами, отражающими отношение исследователя к предмету познания (табл. 1.1).

Таблица 1.1. Процесс научного познания: предмет, методы, идеи общего порядка и методологические принципы

В англоязычной учебной литературе называют еще 2 методологических подхода, характерные для современной биологии, – индуктивный и дедуктивный. Индуктивный подход – это обобщения, вытекающие из результатов изучения «частностей». В европейской науке он стал доминирующим с XVII в., что связано с именами Ф. Бэкона и И. Ньютона, заложившими в основание сформулированных ими законов результаты конкретных опытов (см. закон всемирного тяготения – «яблоко, упавшее с яблони на голову ученого»). Дедуктивный подход исходит из возможности предсказать «частности», имея представления об общих характеристиках объекта познания.

К классическим биологическим дисциплинам относятся общая и системная биология, зоология, ботаника, микология, протистология, микробиология, вирусология, морфология (анатомия, гистология, цитология – в зависимости от структурного уровня), физиология, биохимия и биофизика, этология, биология развития (эмбриология, геронтология), палеонтология, антропология, генетика, экология.

Осознание того, что живое представлено формами, объединенными в группы (таксоны), представители которых различаются по степени исторического родства или же не состоят в таком родстве вовсе, дало систематику. Последняя относит организм к определенному виду, роду, семейству, отряду, классу, типу, порядку. С появлением новых данных положение группы живых существ в системе органического мира пересматривается. Так, использование методов макромолекулярной систематики («молекулярных часов») показало, что генетическое расстояние между орангутан(г)ом и африканскими человекообразными обезьянами (шимпанзе, горилла), относимыми приматологией к одному семейству Pongidae, превосходит названное расстояние между последними и человеком. Поставлен вопрос о выделении орангутан(г)а в отдельное семейство.

Закономерности исторического развития жизни в виде ее отдельных форм или их природных совокупностей изучаются в рамках эволюционного направления (эволюционной теории или учения).

В масштабе реального времени жизнь организована в виде сменяющихся поколений организмов. Механизмы, обеспечивающие указанное явление, изучает репродуктивная биология.

Вторая половина ХХ в. отмечена успехами в познании фундаментальных механизмов жизнедеятельности. Описан в деталях поток биологической информации в живых системах, в основных чертах поняты

молекулярные механизмы энергетического обеспечения процессов жизнедеятельности. Исследования по названным направлениям – задача таких оформившихся во второй половине ХХ столетия биологических дисциплин, как молекулярная биология и молекулярная генетика, биоинформатика, биоэнергетика. Молодой дисциплиной является клеточная биология, возникшая на рубеже третьей и последней четвертей минувшего века как следствие развития цитоморфологии, цитохимии и цитофизиологии первой половины-середины ХХ в.

Объединение молекулярно-генетического, клеточно-биологического, популяционно-клеточного и системного подходов породило современную иммунологию, предметом изучения которой являются механизмы иммунологического надзора с функцией защиты целостности и биологической индивидуальности организма, включая реакцию на выход собственных клеток из-под общеорганизменных регуляторных влияний (онкотрансформация), проникновение в него инфекционных агентов (бактерий, вирусов) и чужеродных белков (факты совместимости по группам крови АВ0, резус и др.)

Разработки в области молекулярной биологии, генетики и клеточной биологии, ориентированные на решение практических проектов в интересах промышленности, медицины и сельского хозяйства, оформились в научно-практическое биотехнологическое (греч. bios – жизнь, techne – ремесло, искусство, мастерство) направление генную, клеточную, тканевую инженерию. Биотехнологическое направление, по крайней мере, в части генной инженерии базируется на принципах природного явления – горизонтальном (латеральном) переносе генов между представителями разных систематических групп. Это явление распространено в природе, особенно в мире прокариот. В здравоохранении используется ряд лекарственных средств генно-инженерной природы, например инсулин.

Перспективы развития биотехнологического направления в обозримом будущем связывают с нанотехнологиями, в том числе медицинского назначения. Их основу составляют конструкции, не превосходящие по размерам десятки-сотни нанометров (1 нм = 10-9 м) и, следовательно, способные «работать» в качестве диагностических, терапевтических или «надзирающих» (нанороботы) агентов с отдельными клетками и внутриклеточно. Наноподход используется также при создании новых лекарственных средств.

На рубеже ХХ-ХХ1 вв. в биологии произошли события, кульминационным моментом которых стал проект «Геном человека». В результате

его осуществления установлены последовательности нуклеотидов

всех 25 (включая митохондриальную) молекул ДНК клеток человека. Таким образом, практически в полном объеме прочитаны ДНК-тексты и, следовательно, открыт доступ к содержанию генетической информации, управляющей биологической составляющей индивидуального развития и жизнедеятельности людей. Ведутся работы по определению последовательности нуклеотидов (секвенирова-нию; англ. sequence – последовательность) в геномах других существ, включая ближайших эволюционных «родственников» людей (шимпанзе) и возбудителей паразитарных и инфекционных болезней. В итоге в новейшей биологии появилась дисциплина геномика (нем. genom – совокупность генов или, более точно, нуклеотидных последовательностей ДНК гаплоидного набора хромосом).

К носителям генетической информации в клетке, кроме нуклеиновых кислот, относятся белки или протеины (греч. protos – первый; простые белки являются первыми функционально значимыми продуктами активности многих генов; первооснову любой биологической функции составляют белки). Закономерности реализации генетической информации на уровне белков – предмет изучения «сверхновой» биологической дисциплины протеомики (протеом – совокупность белков, образуемых клетками организмов определенного вида).

Количество структурных (смысловых) генов, кодирующих аминокислотные последовательности белков в геноме человека, меньше числа конкретных белков, обнаруживаемых в клетках (см. здесь же, ниже). Это пробудило интерес к превращениям или процессингу (англ. processing – обработка, переработка; лат. procedo – прохожу, продвигаюсь) пре-РНК транскриптов, образующихся в результате считывания информации с ДНК. Результат – «сверхновая» биологическая дисциплина транскриптомика (транскриптом – набор информационных РНК, образуемых клетками организмов конкретного вида на основе соответствующего генома).

Исследования в области транскриптомики и протеомики не могут осуществляться в отрыве от исследований в области геномики. Геном человека содержит 30-35 тыс. (по некоторым последним сообщениям – 20 тыс.) участков ДНК, кодирующих структуру полипептидов и некоторых видов РНК, то есть генов в понимании классической генетики. Количество белков в клетках людей уже сейчас уверенно оценивается цифрой 200-300 тыс. Ожидаемое же количество составляет по предварительным оценкам не менее 1 млн. В связи с этим протеомику следует

рассматривать как элемент функциональной геномики. В таком случае транскриптомика служит «связующим звеном» между собственно геномикой (структурная геномика), поставляющей сведения о ну-клеотидных последовательностях ДНК, и протеомикой, дающей представление о «полном протеомном портрете» или ассортименте белков, образуемых клеткой (организмом). В компетенцию функциональной геномики входит также получение ответов на вопросы: когда, где, при каких условиях и с какой интенсивностью в организме экспрессируются разные гены (образуются разные белки).

Необходимость представлять феномен реализации генетической информации в процессах жизнедеятельности не столько в биохимических терминах (ДНК, РНК, белки, метаболиты), но раскрывая вклад этой информации в структуру и функцию реальных биологических объектов (ресничка, жгутик, механохимическая сократительная система мышцы) привела к зарождению в современной науке о жизни направления биология систем (systems biology), в рамках которого редукционистский методологический принцип (см. здесь же, выше), доминировавший в биологии XX в., сменяется принципами интегративным и системным.

Исследование внутриклеточного обмена веществ (метаболизма) как существенной составляющей потоков информации, энергии и веществ проводится в рамках «сверхновой» биологической дисциплины мета-боломики (греч. metabole – перемена, превращение; метаболизм или обмен веществ – совокупность процессов биохимических превращений веществ и энергии в клетке, организме, экосистеме) или биохимического профилирования. Метаболомика изучает химические взаимодействия, в том числе межбелковые в процессе обмена веществ или, что одно и то же, в процессе жизнедеятельности. При этом метаболом определяется как совокупность всех метаболитов, присутствующих в клетке или ткани в известных условиях.

Поток биологической информации в его структурно-временном оформлении невозможен вне клеточной организации, что дает основание ожидать нарождения в науке о жизни в XXI в. еще одной дисциплины – целлюломики (лат. cellula – клетка) или цитомики (греч. cytos – клетка). В отличие от клеточной биологии, фиксирующей внимание на раскрытии существенных черт клеточной структуры и функций, а также закономерностей организации и динамики клеточных тканевых систем (клеточных популяций), задача цитомики (целлюло-мики) видится в расшифровке механизмов генетического обеспечения и контроля клеточной дифференцировки и гистогенезов, а также геноти-

пических и фенотипических основ разнообразия клеток одного морфо-функционального типа в свете данных геномики, транскриптомики и протеомики.

Выше названы фундаментальные биологические дисциплины. Между тем существуют области исследования биологических объектов, порождаемые практическими соображениями, и таким образом являющиеся в терминах науковедения прикладными. Так, изучается структура паразитоценозов в интересах медицины или животноводства. Прикладной характер имеют биология человека (антропобио-логия), медицинская биология, биомедицина (см. Предисловие). Прикладные исследования опираются на достижения фундаментальной биологии. Вместе с тем есть много указаний на относительность деления научных разработок на фундаментальные и прикладные.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
yamedik
Добавить комментарий
Adblock
detector