2. Физико-химическая биология
Название физико-химическая биология имеет два смысла. Во-первых, это понятие означает, что предметом исследования данного направления науки являются объекты живой природы, которые изучаются на физико-химическом уровне, т. е. на молекулярном и надмолекулярном уровнях. С другой стороны, сохраняется и первоначальное значение этого термина: использование физико-химических методов для расшифровки структур и функций живой природы на всех уровнях ее организации. Так или иначе, физико-химическая биология в наибольшей степени содействовала сближению биологии с точными науками и становлению естествознания как единой науки о Природе. Биологи-экспериментаторы, в принципе, уже давно использовали различные точные физико-химические методы в своей работе. Среди них были Л. Пастер (1822-1895), И. М. Сеченов (1829-1905), И.П. Павлов (1849-1936), И. И. Мечников (1845-1916) и многие другие. Именно они проложили путь к раскрытию сущности процессов жизнедеятельности живых организмов. С тех пор точные методы, которыми пользуются ученые и экспериментальная техника шагнули далеко вперед. Создание новых методов стимулировало научный поиск, а свежие научные открытия, в свою очередь, приводили к созданию принципиально новой аппаратуры.
В настоящее время ученые при поиске истины используют весь арсенал накопленных к настоящему времени методов исследования живого. Среди них - как очень старые - классические методы исследования, так и ультрасовременные, оригинальные методы, иногда разрабатываемые прямо в лаборатории. Наиболее широкое распространение в биологии получили метод меченых атомов (используемый для наблюдения за передвижением и превращением веществ в живом организме), методы рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии (позволяющие исследовать крупные молекулярные компоненты и субмикроскопические структуры в живых клетках); хроматографические методы (используемые при биохимических исследованиях), спектральные методы и методы зондирования в тканях (позволяющие следить за работой живых органов -ЯМР-томография; УЗИ-томография, оптические зонды и т.д.). Широкое внедрение компьютеров позволило автоматизировать экспериментальные установки и привело к созданию большого количества различных томографов - компьютерной аппаратуры, позволяющей послойно анализировать любой орган или клеточный органоид, не нанося ему вреда.
В отличие от физики и химии, биология пока не располагает такими интегрированными теоретическими знаниями о многообразии живой природы, которые могли бы составить базу для теоретической биологии. На сегодняшний день это достаточно сложная задача. Ведь для создания теоретической биологии необходимо осуществить синтез всех обширных знаний из всех областей биологии и, проанализировав все эти знания о живом, выделить существенные закономерности, которые были бы присущи всем уровням организации живой материи. При этом следует особенно, подчеркнуть тот факт, что речь идет именно о живой, а не мертвой материи и потому в науке теоретической биологии должна быть дана характеристика жизни, не сводимая к физике или химии.
Вместе с тем совершенно очевидно, что живые организмы находятся в постоянном взаимодействии с окружающей природой. Вместе с пищей они поглощают бесчисленное множество органических и минеральных соединений, которые претерпевают биохимические превращения в живом организме и затем (в виде продуктов распада) выводятся вновь в окружающую среду. Строительным материалом для живых клеток являются макромолекулы: белки, фосфолипиды, жиры, нуклеиновые кислоты. Гормональная регуляция, осуществляемая в организме, производится так же химическим путем. В общем, куда ни брось взгляд - всюду химия! А химическое учение основано на конкретных физических закономерностях. Вот и получается, что и без физики в биологии "далеко не уедешь"! Именно эти две науки, выбрав своим объектом исследования живые ткани и клетки, смогли дать ответы о том как устроены живые структуры на молекулярном уровне, связать работу живых клеток с химическими и физическими превращениями биомолекул.
Объединение биологии с химией породило новую науку - биохимию, целью которой является изучение структуры и свойств биомолекул одновременно с их метаболизмом в живых тканях и органах, т. е. с изменениями этих молекул внутри живого организма. В числе открытий, сделанных биохимиками, - выяснение принципов переноса энергии в клетке, расшифровка механизмов, регулирующих основные пути метаболизма, установление роли мембран, рибосом и других ультраструктурных элементов клеток, выяснение того факта, что последовательность аминокислот определяет пространственную структуру белков, а, следовательно, и их биологические функции, познание молекулярных основ генетики. По сути биохимия пытается объяснить все существующие явления, происходящие в клетке или в живых жидкостях и тканях на языке, понятном химикам. Такой шаг открывает широкие перспективы для возможностей регуляции и корректировки функций живого химическим путем. Он находит свое непосредственное применение в фармацевтике, медицине и сельском хозяйстве.
На стыке биохимии, биологии и физики в 1950 гг. возникла новая наука -биофизика. Целью этой науки является объяснение ряда биологических явлений с точки зрения физики. Биофизики, рассматривая сложное биологическое явление, делают попытку расчленить его на несколько более элементарных, доступных для понимания актов - ступеней этого явления и исследуют затем их физические свойства. Методами биофизики было дано объяснение механизмам мышечного сокращения, проведения нервного импульса, актов ферментативного катализа; предложены модели многих автоколебательных процессов, наблюдаемых в биологии, объяснены тайны фотосинтеза. Биофизиков можно встретить сегодня в любой биологической лаборатории, начиная с экологической и заканчивая лабораторией молекулярной генетики. Спецификой биофизического знания является умение оперировать понятиями всех уровней биологии и биохимиии.
Биофизика и биохимия осуществили давнюю мечту биологов об объединении знаний о структуре и функциях организма в целом. Однако, ни, биохимия, ни биофизика не могут дать ответа на основной вопрос биологии: чем живая материя отличатся от неживой и что является толчком при зарождении жизни.
- 1. Содержание понятия «естествознание» 2
- 1.2. Природа как единый объект исследования естествознания
- 1.3. Тенденции развития современного естествознания
- 1.4. Математика - универсальный язык точного естествознания
- 1.5. Составные части современного естествознания
- 2. Этапы развития естествознания (физики)
- 2.1. Попытка научной систематизации картины мира. Естественно-научная революция Аристотеля
- 2.2. Архимед и геометрия Евклида
- 2.3. Гелиоцентрическая система мира Коперника. Вторая естественно-научная революция
- 2.4. Кеплер и его законы движения планет
- 2.5. Закон всемирного тяготения Ньютона
- 2.7. Рождение науки об электричестве.
- 2.8. Создание теории электромагнитного поля Максвеллом
- 2.9. Специальная теория относительности Эйнштейна
- 2.10. Создание квантовой механики.
- 2.11. Теория гравитационного поля Эйнштейна.
- 2.12. Космические модели вселенной. Третья естественно-научная революция
- 2.13. Элементарные частицы и силы в природе
- 1. Химия в естествознании. Периодический закон и периодическая система химических элементов д.И.Менделеева
- 2. Основная проблема химии как науки
- Уровни развития химических знаний Развитие химии до начала XVII в. Натурфилософия и ремесленная химия
- 3.1. Первый этап развития химии - XVII в. Учение о составе веществ
- 3.2.Второй этап развития химии как науки - XIX в. Структурная химия
- 3.3. Третий этап развития химии как науки - первая половина XX в.
- 3.4. Четвертый этап развития химии как науки - вторая половина XX в. Эволюционная химия
- Эволюционные проблемы химии
- 1.Традиционная или натуралистическая биология. Биологическая система классификации растений Линнея
- 2. Физико-химическая биология
- 3. Эволюционная биология. Теория эволюции ч. Дарвина
- 4. Формы и уровни жизни
- 5. Молекулярно-генетический уровень
- 5.1. Происхождение жизни
- 5.2. Современное развитие эволюционной теории ч. Дарвина.
- 5.3. Изучение молекулярных основ воспроизводства жизни и процессов
- 5.3.1. Законы генетики Менделя. Открытие генетической роли нуклеиновых кислот
- 5.3.2. Открытие молекулярных механизмов генетической репродукции и биосинтеза белка
- 5.3.3. Открытие молекулярно-генетических механизмов изменчивости
- 5.3.4. Изучение молекулярных основ обмена веществ
- 5.4. Онтогенетический уровень
- 5.4.1. Открытие клетки английским натуралистом Гуком.
- 5.4.2. Деление всего живого мира на прокариоты и эукариоты
- 5.4.3. Функционирование на онтогенетическом уровне
- 5.5. Популяционно-биоценотический уровень
- 5.6. Биосферный уровень
- 5.6.1. Учение в. И. Вернадского о биосфере
- 5.6.2. Многообразие живых организмов - основа организации и устойчивости биосферы
- 5.6.3. Понятие ноосферы. Неизбежность перехода биосферы в ноосферу
- 5.6.4. Рациональное использование природных ресурсов и охрана биосферы