Biología- un sistema de ciencias cuyos objetos de estudio son los seres vivos y su interacción con el medio ambiente. La biología estudia todos los aspectos de la vida, tales como: origen, crecimiento, evolución, funcionamiento, estructura, distribución de los organismos vivos en la Tierra y mucho más. Describe y clasifica los seres vivos, el origen de sus especies y sus interacciones entre sí y con el medio ambiente.
Como ciencia separada, la biología surgió de las ciencias naturales en el siglo XIX, cuando los científicos de esos años descubrieron que los organismos vivos tienen características comunes a todos. El término " biología" fue introducido de forma independiente por varios autores: Friedrich Burdach, Gottfried Reinhold Treviranus y Jean Baptiste Lamarck (todos alrededor de 1800).
en el nucleo biología moderna Hay cinco principios fundamentales: teoría celular, evolución, genética, homeostasis y energía. Actualmente, la biología es una asignatura estándar en las instituciones de educación secundaria y superior de todos los países de nuestro planeta. Anualmente se publican más de un millón de artículos y libros sobre biología, medicina y biomedicina.
Cinco principios que unen todas las disciplinas biológicas en una sola ciencia:
- teoría celular - enseñar sobre todo lo relacionado con las jaulas (no aquellas, por supuesto, en las que se guardan pájaros y animales en el zoológico, y no la jaula que está dibujada en los cuadernos). Todos los organismos vivos están formados por al menos una célula, la principal unidad funcional cada organismo. La química y los mecanismos básicos de todas las células de todos los organismos de nuestro planeta son similares (los científicos no los han encontrado, pero creen que también hay organismos vivos en otros planetas o cometas); Las células provienen únicamente de células preexistentes que se reproducen mediante división celular (aunque surge la pregunta: “¿cómo apareció la primera célula?”). La teoría celular describe la estructura de las células, su división, interacción con ambiente externo, compuesto ambiente interno Y membrana celular, mecanismo de acción partes individuales células y sus interacciones entre sí.
- Evolución(autor: Charles Darwin, como probablemente sepa). A través de selección natural y la deriva genética son las características hereditarias de una población que cambian de generación en generación.
- Teoría genética. Las características de los organismos vivos se transmiten de generación en generación junto con los genes codificados en el ADN. Las células utilizan la información sobre la estructura de los seres vivos, o genotipo, para crear un fenotipo, las características físicas o bioquímicas observables de un organismo. Aunque el fenotipo expresado mediante la expresión genética puede preparar a un organismo para la vida en su entorno, la información sobre el entorno no se transmite a los genes. Los genes pueden cambiar en respuesta a influencias ambientales sólo a través del proceso evolutivo.
- Homeostasis. Procesos fisiológicos, permitiendo al cuerpo mantener la constancia de su ambiente interno independientemente de los cambios en el ambiente externo.
- Energía. Un atributo de cualquier organismo vivo que es esencial para su condición.
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La biología es un campo de las ciencias naturales, un complejo de disciplinas científicas sobre la vida en todas sus manifestaciones.La biología es un campo de las ciencias naturales, un complejo de disciplinas científicas sobre la vida en todas sus manifestaciones.
Término "biología"(Griego biografías - vida, logotipos - palabra, doctrina, ciencia) propuesto a principios del siglo XIX. J.-B. Lamarck y G. Treviranus para designar la ciencia de la vida como un fenómeno natural especial. Durante los últimos dos siglos, la biología ha recorrido un fructífero camino de desarrollo. Actualmente representa un complejo de disciplinas. El tema de estudio sigue siendo vida como fenómeno del mundo circundante, otros - manifestaciones de la vida en uno u otro nivel de la organización o en uno u otro segmento de la misma, es decir, todos vivo en el planeta en su encarnación espacio-temporal específica.
Cada disciplina biológica se caracteriza tema de investigación (cognición), usado predominantemente métodos de análisis científico, ideas generales, formulado en forma de teorías o hipótesis, y enfoques metodológicos, reflejando la actitud del investigador hacia el tema de conocimiento (Tabla 1.1).
Tabla 1.1. El proceso del conocimiento científico: tema, métodos, ideas generales y principios metodológicos.
En Inglés literatura educativa mencione dos enfoques metodológicos más característicos de la biología moderna: el inductivo y el deductivo. Inductivo El enfoque son las generalizaciones que surgen de los resultados del estudio de los “particulares”. En la ciencia europea, se volvió dominante en el siglo XVII, lo que se asocia con los nombres de F. Bacon e I. Newton, quienes sentaron las bases para las leyes que formularon sobre los resultados de experimentos específicos (ver la ley de la gravitación universal - “una manzana que cae de un manzano sobre la cabeza de un científico”). Deductivo El enfoque se basa en la capacidad de predecir "particulares", tener ideas sobre caracteristicas generales objeto de conocimiento.
Las disciplinas biológicas clásicas incluyen biología general y de sistemas, zoología, botánica, micología, protistología, microbiología, virología, morfología (anatomía, histología, citología, según el nivel estructural), fisiología, bioquímica y biofísica, etología, biología del desarrollo (embriología, gerontología), paleontología, antropología, genética, ecología.
Conciencia de que los seres vivos están representados por formas agrupadas. (taxones), cuyos representantes difieren en el grado de parentesco histórico o no están relacionados en absoluto, dieron taxonomía. Este último clasifica al organismo como un cierto tipo, género, familia, orden, clase, tipo, orden. Con la aparición de nuevos datos, se revisa la posición de un grupo de seres vivos en el sistema del mundo orgánico. Entonces, usando métodos sistemática macromolecular (“reloj molecular”) demostró que la distancia genética entre el orangután y los simios africanos (chimpancés, gorila), clasificados por primatología como una familia Póngidos, excede la distancia nombrada entre este último y la persona. Se ha planteado la cuestión de separar a los orangutanes en una familia separada.
Patrones desarrollo historico la vida en la forma de ella formas separadas o sus ensamblajes naturales se estudian en el marco dirección evolutiva (teoría evolutiva o enseñanzas).
En tiempo real, la vida se organiza en forma de generaciones alternas de organismos. Se estudian los mecanismos que proporcionan este fenómeno. biología reproductiva.
Segunda mitad del siglo XX. marcado por éxitos en la comprensión de los mecanismos fundamentales de la vida. Se describe en detalle el flujo de información biológica en los sistemas vivos y se comprenden las características básicas.
mecanismos moleculares suministro de energía procesos de vida. La investigación en estas áreas es tarea de estas disciplinas biológicas, que tomaron forma en la segunda mitad del siglo XX, como biología molecular Y genética molecular, bioinformática, bioenergética. Una disciplina joven es biología celular, Surgió a principios del tercer y último cuarto del siglo pasado como consecuencia del desarrollo de la citomorfología, la citoquímica y la citofisiología en la primera mitad y mediados del siglo XX.
La combinación de enfoques genéticos moleculares, biológicos celulares, de células poblacionales y de sistemas dio origen a los modernos. inmunología, cuyo tema de estudio son los mecanismos de vigilancia inmunológica con la función de proteger la integridad y la individualidad biológica del cuerpo, incluida la reacción a la liberación de sus propias células bajo influencias reguladoras generales del cuerpo (transformación oncológica), la penetración en él. agentes infecciosos(bacterias, virus) y proteínas extrañas (datos de compatibilidad de grupos sanguíneos AB0, Rhesus, etc.)
Los avances en el campo de la biología molecular, la genética y biología celular, centrado en la solución de proyectos prácticos en interés de la industria, la medicina y la agricultura, tomó forma científica y práctica. biotecnológico(Griego biografías- vida, techné- artesanía, arte, habilidad) dirección- Ingeniería genética, celular y tisular. Dirección biotecnológica, al menos en parte ingeniería genética basado en los principios fenómeno natural- transferencia genética horizontal (lateral) entre representantes de diferentes grupos sistemáticos. Este fenómeno es común en la naturaleza, especialmente en el mundo de los procariotas. Hay varios usos en la atención sanitaria. medicamentos genéticamente modificados, por ejemplo la insulina.
Las perspectivas para el desarrollo de la biotecnología en el futuro previsible están asociadas con nanotecnología, incluido fines médicos. Se basan en estructuras que no superan las decenas o cientos de nanómetros de tamaño (1 nm = 10-9 m) y, por tanto, son capaces de “trabajar” como agentes diagnósticos, terapéuticos o “supervisores” (nanorobots) con células individuales. e intracelularmente. Nanoenfoque También se utiliza en la creación de nuevos medicamentos.
A principios de los siglos XX-XXI. hechos ocurridos en biología, cuya culminación fue el proyecto "Genoma humano". Como resultado
su implementación secuencias de nucleótidos establecidas
Además de los ácidos nucleicos, los portadores de información genética en una célula incluyen proteínas o proteínas (griego: proto- primero; las proteínas simples son los primeros productos funcionalmente significativos de la actividad de muchos genes; Las proteínas son la base fundamental de cualquier función biológica. Los patrones de implementación de la información genética a nivel proteico son objeto de estudio de la “supernova” de la disciplina biológica proteómica(el proteoma es un conjunto de proteínas formadas por las células de organismos de una determinada especie).
La cantidad de genes estructurales (sentido) que codifican secuencias de aminoácidos de proteínas en el genoma humano es menor que la cantidad de proteínas específicas que se encuentran en las células (ver aquí, a continuación). Esto despertó el interés por la transformación o el procesamiento. tratamiento- procesamiento, procesamiento; lat. proceder- pasar, avanzar) transcripciones pre-ARN formadas como resultado de la lectura de información del ADN. El resultado es una “supernova” en la disciplina biológica transcriptómica(El transcriptoma es un conjunto de ARN mensajeros formados por células de organismos de una especie en particular según el genoma correspondiente).
La investigación en el campo de la transcriptómica y la proteómica no puede llevarse a cabo aislada de la investigación en el campo de la genómica. El genoma humano contiene entre 30 y 35 mil (según algunos informes recientes, 20 mil) secciones de ADN que codifican la estructura de polipéptidos y algunos tipos de ARN, es decir, genes en la comprensión de la genética clásica. El número de proteínas en las células humanas ya se estima con seguridad entre 200 y 300 mil. La cantidad esperada, según estimaciones preliminares, es de al menos 1 millón. En este sentido, la proteómica debería.
considerar como un elemento genómica funcional. En este caso, la transcriptómica sirve como “vínculo” entre la propia genómica. (genómica estructural), proporcionando información sobre las secuencias de nucleótidos del ADN, y proteómica, que da una idea del “retrato proteómico completo” o la variedad de proteínas producidas por una célula (organismo). La competencia de la genómica funcional también incluye obtener respuestas a las preguntas: cuándo, dónde, en qué condiciones y con qué intensidad se expresan diferentes genes en el cuerpo (se forman diferentes proteínas).
La necesidad de representar el fenómeno de la implementación de la información genética en los procesos de la vida no tanto en términos bioquímicos (ADN, ARN, proteínas, metabolitos), sino revelando la contribución de esta información a la estructura y función de objetos biológicos reales (cilio). , flagelo, sistema contráctil mecanoquímico del músculo) condujo a la aparición de ciencia moderna sobre direcciones de vida biología de sistemas (biología de sistemas), en cuyo marco el principio metodológico reduccionista (ver aquí, arriba), que dominó la biología en el siglo XX, es reemplazado por principios integradores y sistémicos.
El estudio del metabolismo intracelular (metabolismo) como componente esencial del flujo de información, energía y sustancias se realiza en el marco de una disciplina biológica “supernova” metabolómica(Griego metabolito- cambio, transformación; metabolismo o metabolismo: un conjunto de procesos de transformaciones bioquímicas de sustancias y energía en una célula, organismo, ecosistema) o perfil bioquímico. La metabolómica estudia las interacciones químicas, incluidas las interacciones proteína-proteína, en el proceso del metabolismo o, lo que es lo mismo, en el proceso de la vida. En este caso, el metaboloma se define como la totalidad de todos los metabolitos presentes en una célula o tejido en condiciones conocidas.
El flujo de información biológica en su diseño estructural y temporal es imposible fuera organización celular, lo que da motivos para esperar el surgimiento de las ciencias de la vida en el siglo XXI. otra disciplina - celulómica(lat. celula- celular) o citómica(Griego citos- celúla). A diferencia de la biología celular, que se centra en revelar características esenciales estructura celular y funciones, así como patrones de organización y dinámica de las células sistemas de tejidos(poblaciones celulares), la tarea de la citómica (celulómica) se ve en descifrar los mecanismos de soporte genético y control de la diferenciación celular y la histogénesis, así como el genotipado.
Base pictórica y fenotípica de la diversidad de células de un tipo morfofuncional a la luz de datos genómicos, transcriptómicos y proteómicos.
La biología (de Bio... y...Logia) es un conjunto de ciencias sobre la naturaleza viva. El tema de estudio de la biología son todas las manifestaciones de la vida: la estructura y funciones de los seres vivos y sus comunidades naturales, su distribución, origen y desarrollo, las conexiones entre sí y con la naturaleza inanimada. Las tareas de la biología son estudiar todas las leyes biológicas y revelar la esencia de la vida y sus manifestaciones con el fin de comprenderlas y controlarlas. El término "B". propuesto en 1802 de forma independiente por dos científicos: el francés J. B. Lamarck y el alemán G. R. Treviranus. A veces el término "B." utilizado en un sentido estricto, similar a los conceptos de Ecología y Bionomía.
Introducción
Métodos básicos de la biología: observación, que permite describir un fenómeno biológico; comparación, que permite encontrar patrones comunes a diferentes fenómenos(por ejemplo, individuos de la misma especie, diferentes tipos o para todos los seres vivos); un experimento o experiencia durante el cual el investigador crea artificialmente una situación que ayuda a identificar las propiedades más profundas de los objetos biológicos; finalmente, un método histórico que permite, a partir de datos sobre el mundo orgánico moderno y su pasado, comprender los procesos de desarrollo de la naturaleza viva. En la biología moderna no se puede trazar una frontera estricta entre estos métodos básicos de investigación; La alguna vez justificada división de la biología en secciones descriptivas y experimentales ha perdido ahora su significado.
La biología está estrechamente relacionada con muchas ciencias y actividades humanas prácticas. Para describir y estudiar procesos biológicos, la biología utiliza la química, la física, las matemáticas y muchas ciencias técnicas y terrestres: geología, geografía y geoquímica. Así surgen disciplinas biológicas adyacentes a otras ciencias: bioquímica, biofísica, etc., y ciencias en las que se incluye la biología como componente, por ejemplo, la ciencia del suelo, que incluye el estudio de los procesos que ocurren en el suelo bajo la influencia de los organismos del suelo, la oceanología y la limnología, que incluye el estudio de la vida en los océanos, mares y aguas dulces.
En relación con el surgimiento de la biología a la vanguardia de las ciencias naturales, en la segunda mitad del siglo XX, se destaca la creciente importancia y el papel relativo de la biología entre otras ciencias, en particular como fuerza productiva de la sociedad. a menudo llamado el “siglo de B”. B. es de enorme importancia para la formación de una cosmovisión consistentemente materialista, para demostrar el origen histórico natural de todos los seres vivos y humanos con sus inherentes formas superiores de actividad racional, para erradicar la creencia en la conveniencia sobrenatural y primordial (teología y teleología). . B. juega un papel importante en la comprensión del hombre y su lugar en la naturaleza. Según K. Marx, la biología y la doctrina evolutiva desarrollada en sus profundidades proporcionan una base histórica natural para las visiones materialistas sobre el desarrollo de la sociedad. La victoria de la idea evolucionista en el siglo XIX. la ciencia ha acabado con la creencia en la creación divina de los seres vivos y los humanos (creacionismo). B. demuestra que los procesos de la vida se basan en fenómenos que obedecen a las leyes de la física y la química. Esto no excluye la presencia de patrones biológicos especiales en la naturaleza viva, que, sin embargo, no tienen nada que ver con la idea de la existencia de una "fuerza vital" incognoscible: vis vitalis (ver Vitalismo). Así, gracias al progreso de B., los principales pilares de la cosmovisión religiosa y del idealismo filosófico se están derrumbando. La base metodológica de la biología moderna es el materialismo dialéctico. Incluso los investigadores que están lejos de afirmar el materialismo en los conceptos filosóficos, con sus trabajos confirman la cognoscibilidad fundamental de la naturaleza viva, revelan patrones objetivamente existentes y verifican la exactitud del conocimiento mediante la experiencia y la práctica, es decir, adoptan espontáneamente una posición materialista.
Los patrones revelados por B. son un componente importante de las ciencias naturales modernas. Sirven como base de la medicina, la agricultura. ciencias, silvicultura, cría de pieles, caza y pesca. El uso que hace el hombre de las riquezas del mundo orgánico se basa en los principios revelados por la biología. Los datos de la biología relacionados con los organismos fósiles son importantes para la geología. Muchos principios biológicos se utilizan en tecnología. El uso de la energía atómica, así como la investigación espacial, requirió la creación y el desarrollo intensivo de la radiobiología y la biología espacial. Sólo sobre la base de la investigación biológica es posible resolver una de las tareas más ambiciosas y urgentes que enfrenta la humanidad: la reconstrucción sistemática. de la biosfera (Ver Biosfera) de la Tierra con el objetivo de crear condiciones optimas para la vida de la creciente población del planeta.
Sistema de ciencias biológicas El sistema de ciencias biológicas es extremadamente multifacético, lo que se debe tanto a la diversidad de manifestaciones de la vida como a la variedad de formas, métodos y propósitos de estudiar objetos vivos, el estudio de los seres vivos en diferentes niveles de su organización. Todo esto determina las convenciones de cualquier sistema de ciencias biológicas. Una de las primeras ciencias que se desarrolló en Bulgaria fueron las ciencias de los animales, la zoología y las plantas, la botánica, así como la anatomía y fisiología humanas, la base de la medicina (ver Medicina). Otras secciones importantes de la biología, que se distinguen por sus objetos de estudio, son la microbiología, la ciencia de los microorganismos, la hidrobiología, la ciencia de los organismos que habitan el medio acuático, etc. Dentro de B. se formaron disciplinas más estrechas; dentro de la zoología - estudio de mamíferos - Teriología, aves - Ornitología, reptiles y anfibios - Herpetología, peces y criaturas parecidas a peces - Ictiología, insectos - Entomología, ácaros - Acarología, moluscos - Malacología, protozoos - Protozoología; dentro de la botánica - estudio de algas - algología, hongos - Micología, líquenes - liquenología, musgos - briología, árboles y arbustos - Dendrología, etc. La división de disciplinas a veces es aún más profunda. La diversidad de organismos y su distribución en grupos es estudiada por la Sistemática de los Animales y la Sistemática de las Plantas. La biología se puede dividir en neontología (Ver Neontología), que estudia el mundo orgánico moderno, y paleontología (Ver Paleontología), la ciencia de los animales extintos (Paleozoología) y las plantas (Paleobotánica).
Otro aspecto de la clasificación de las disciplinas biológicas se basa en las propiedades y manifestaciones estudiadas de los seres vivos. La forma y estructura de los organismos son estudiadas por disciplinas morfológicas; modo de vida de animales y plantas y sus relaciones con las condiciones ambientales - Ecología; el estudio de diversas funciones de los seres vivos: el campo de la investigación en fisiología (ver Fisiología) de los animales y fisiología vegetal (ver Fisiología de las plantas); el tema de la investigación en genética (Ver Genética) son los patrones de herencia (Ver Herencia) y variabilidad (Ver Variabilidad); etología (Ver Etología) - patrones de comportamiento animal; los patrones de desarrollo individual son estudiados por la embriología o, en un sentido moderno más amplio, la biología del desarrollo; Patrones de desarrollo histórico - Doctrina evolutiva. Cada una de estas disciplinas se divide en varias más específicas (por ejemplo, morfología, en funcional, comparativa, etc.). Al mismo tiempo, la interpenetración y fusión de diferentes ramas de la biología se produce con la formación de combinaciones complejas, por ejemplo, histo, cito o embriofisiología, citogenética, genética evolutiva y ambiental, etc. La anatomía estudia la estructura de los órganos y sus sistemas macroscópicamente; La microestructura de los tejidos se estudia en Histología, las células en Citología y la estructura del núcleo celular en Cariología. Al mismo tiempo, la histología, la citología y la cariología examinan no sólo la estructura de las estructuras correspondientes, sino también sus funciones y propiedades bioquímicas.
Es posible distinguir en biología disciplinas asociadas al uso de determinadas. métodos de investigación, por ejemplo, bioquímica (ver Bioquímica), que estudia los procesos básicos de la vida mediante métodos químicos y se divide en varias secciones (bioquímica de animales, plantas, etc.), biofísica (ver Biofísica), que revela la importancia. de las leyes físicas en los procesos de la vida, y también se dividen en varias industrias. Las áreas de investigación bioquímica y biofísica a menudo están estrechamente entrelazadas entre sí (por ejemplo, en bioquímica de radiación) y con otras disciplinas biológicas (por ejemplo, en radiobiología (ver Radiobiología)). De gran importancia es la biometría, que se basa en el procesamiento matemático de datos biológicos para revelar dependencias que escapan a la descripción de fenómenos y procesos individuales, planificación experimental, etc.; La biología teórica y matemática permite, utilizando construcciones lógicas y métodos matemáticos, establecer leyes biológicas más generales.
Se debe prestar especial atención a varias áreas fundamentales de la biología que estudian los patrones más generales inherentes a todos los seres vivos y forman la base de la biología general moderna. Esta es la ciencia de la principal unidad estructural y funcional del cuerpo: la célula, es decir. citología; la ciencia de los fenómenos de reproducción y continuidad de la organización morfofisiológica de las formas vivas: la genética; la ciencia de la ontogénesis - biología del desarrollo; la ciencia de las leyes del desarrollo histórico del mundo orgánico: la teoría de la evolución, así como la biología fisicoquímica (bioquímica y biofísica) y la fisiología, que estudia las manifestaciones funcionales, el metabolismo y la energía en los organismos vivos. De la lista, lejos de ser completa, de disciplinas biológicas dada, queda claro cuán grande y complejo es el edificio de la biología moderna y cuán firmemente, junto con las ciencias vecinas que estudian las leyes de la naturaleza inanimada, está conectada con la práctica.