§ 1. БІОЛОГІЯ ТА ЕКОЛОГІЯ — КОМПЛЕКСНІ ПРИРОДНИЧІ НАУКИ. ЇХНІ ЗВ’ЯЗКИ З ІНШИМИ ДИСЦИПЛІНАМИ

Пригадайте видатних учених у галузі біології. Які біологічні науки ви знаєте?

Наука — це сфера людської діяльності з отримання та систематизації об’єктивних знань про навколишній світ. Отримані дані узагальнюють у вигляді гіпотез, теорій, правил, законів тощо.

Міждисциплінарні зв’язки біології та екології. Біологія — одна з найдавніших природничих наук, що бере початок від праць учених Давнього Світу. Першими термін «біологія» застосували: німецькі вчені Теодор Руз (1797), професор анатомії та фізіології Карл Фрідріх Бурдах (1800), згодом — відомий французький учений Жан Батист Ламарк та німецький натураліст Готфрід Рейнхольд Тревіранус (1802).

Біологія вивчає та узагальнює закономірності, притаманні біологічним системам різного рівня організації; її завдання — пізнання суті життя.

Завдання: використовуючи знання, отримані протягом попередніх років на уроках біології, а також літературні та інтернет-джерела, створіть схему «Структура біологічних наук».

Величезні успіхи біології — це результат розвитку як самих біологічних наук, так і їхніх тісних зв’язків з іншими, зокрема природничими та технічними, науками. Наприклад, завдяки взаємодії біології з хімією виникла біохімія (хімічні реакції — основа всіх найважливіших фізіологічних процесів організмів, пов’язаних з обміном речовин та енергії). Фізичні процеси життєдіяльності організмів досліджує біофізика.

Закономірності поширення організмів на нашій планеті вивчає біогеографія (виникла внаслідок взаємодії біології та географії). Жодну з біологічних наук нині неможливо уявити без взаємодії з математикою: наприклад, застосовування математичних методів для оброблення зібраного матеріалу. Математичні моделі дають можливість не тільки вивчати явища, які неможливо спостерігати, а й прогнозувати наслідки тих процесів, які можуть відбуватися в майбутньому (мал. 1.1).

Мал. 1.1. Коливання чисельності популяцій хижака (лисиці) та його здобичі (зайця), що взаємодіють між собою

Цікаво знати

Розгляньмо приклад простої математичної моделі. На малюнку 1.1 наведено періодичні коливання чисельності популяцій хижака (лисиці) та її здобичі (зайця). Вивчаючи зміни чисельності популяцій обох видів, можна помітити, що за зростанням чисельності популяції здобичі зростає чисельність популяції хижака, після чого чисельність популяції здобичі знижується, згодом знижується й чисельність популяції хижака. Це приклад того, як завдяки взаємодії популяцій хижака та здобичі регулюється чисельність кожної з них. У 20-х роках минулого сторіччя двоє вчених-математиків — англієць Альфред Джеймс Лотка (1880—1949) та італієць Віто Вольтерра (1860—1940) — незалежно один від одного описали це явище у вигляді системи двох диференційних рівнянь (де х — кількість жертв, у — кількість хижаків, t — час, а, b, y, б — певні коефіцієнти, які відображають особливості взаємодії між видами).

Така наука, як космічна біологія вивчає особливості функціонування живих істот в умовах космічних апаратів; біоніка досліджує особливості будови та життєдіяльності організмів для створення різних технічних систем і приладів; радіобіологія — наука про вплив різних видів іонізуючого та неіонізуючого випромінювання на живі системи різних рівнів; кріобіологія — про вплив на живу матерію низьких температур.

Дослідження біології використовують і суспільно-гуманітарні науки. Так, біосоціологія, або соціобіологія, — це система поглядів на розвиток і функціонування людського суспільства, що базується на законах еволюції органічного світу. Філософія біології висвітлює філософські проблеми сучасної біології.

Дані біологічних наук про людину (анатомії, фізіології, генетики людини тощо) слугують теоретичною базою медицини (науки про здоров’я людини та його збереження). Унаслідок взаємодії цих наук виникла медична біологія.

Медична біологія — наука про процеси та механізми, які відбуваються в організмі людини, зокрема на молекулярному, клітинному, тканинному та органному рівнях. Також предметом вивчення цієї науки є індивідуальний розвиток людини, еволюційні та адаптивні процеси в популяціях людей, пристосованість до умов середовища, виникнення порушень під впливом мутагенних факторів навколишнього середовища, збудників паразитарних хвороб тощо. Медична біологія розробляє методи діагностики і профілактики захворювань людини, розв’язує багато інших теоретичних та практичних проблем збереження та поліпшення її здоров’я.

Наука про походження та еволюцію людини як особливого біосоціального виду, людські раси тощо має назву антропологія.

Цікаво знати

Взаємодія різних наук забезпечує врізноманітнення методів дослідження, дає змогу розглянути різні проблеми під новим кутом зору, зробити нові відкриття. Наприклад, відкриттю просторової структури молекул ДНК сприяла взаємодія молекулярної біології, біохімії та фізики. Зокрема, у своїх дослідженнях Моріс Вілкінс та англійська дослідниця Розалінда Франклін (мал. 1.2) уперше застосували методи рентгенографії (дослідження внутрішньої структури об’єктів шляхом проходження через них рентгенівських променів).

Мал. 1.2. Розалінда Франклін (1920—1958)

Усі галузі сучасного життя важко уявити без знань основ екології. Екологія — наука про взаємозв’язки живих організмів та їхніх угруповань між собою і з навколишнім середовищем. Вона виникла як біологічна наука понад 150 років тому. Завдяки взаємодії екології з технічними та суспільно-гуманітарними науками її зміст значно розширився. Так, соціальна екологія (соціоекологія) досліджує проблеми взаємодії людського суспільства (соціуму) та навколишнього середовища; техноекологія вивчає техногенні чинники впливу на довкілля, радіоекологія досліджує вплив іонізуючого випромінювання на організми та їхні угруповання; агроекологія, або сільськогосподарська екологія, досліджує вплив різних екологічних факторів на агроценози, ландшафтна екологія вивчає просторове різноманіття, структуру та функціонування різних ландшафтів тощо.

Найтісніше екологія взаємодіє з іншими біологічними науками. Видатний американський еколог і зоолог Ю. Одум (мал. 1.3) 1953 року запропонував модель зв’язків біологічних наук у вигляді своєрідного «листкового пирога», у якій екології відводилася роль одного із «шарів» серед фундаментальних дисциплін. На нашу думку, на сьогодні екологія є тим стрижнем, який об’єднує різноманітні біологічні науки та забезпечує їхню взаємодію.

Мал. 1.3. 1. Юджин Одум (1913—2002) — видатний американський еколог і зоолог

Значення біології та екології в житті людини. Про застосування результатів біологічних досліджень у практичній діяльності людини ми ще неодноразово будемо згадувати протягом цього та наступного навчального року. На узагальнювальній схемі (мал. 1.4) наведено головні актуальні проблеми, які покликані розв’язати біологічні та екологічні науки. Можливо, і ви присвятите цьому своє подальше творче життя.

Мал. 1.4. Основні галузі практичного застосування результатів біологічних та екологічних досліджень. Завдання: використовуючи власні знання з біології та допомогу вчителя або вчительки, доповніть запропоновану схему

Сучасним перспективним напрямом біологічних досліджень є нанотехнологїі (або наномолекулярні технології). У нанотехнологіях, які застосовує, зокрема, молекулярна біологія, використовують кристалічні структури, молекули та їхні комплекси, розміри яких від 1 до 100 нанометрів1.

1 Нанометр (скорочено — нм) — це 1 • 10-6 мм (тобто одна мільйонна частка міліметра), або 1 • 10-9 м (тобто одна мільярдна частка метра). Для порівняння: діаметр подвійної спіралі молекули ДНК становить близько 2 нм.

Цікаво знати

Прикладами створення наноматеріалів із заданими властивостями є фулерени і дендримери. Фулерен — це форма вуглецю, яку спочатку передбачили теоретично, а потім відкрили в природі. На вигляд молекула фулерену (С60) схожа на футбольний м'яч, зшитий з п'ятикутників і шестикутників (мал. 1.5). Фулерени можуть проникати в молекулу ДНК, викривляти і навіть «розплітати» її. Дендримери — це деревоподібні полімери (довгі молекули, що складаються з повторюваних однакових елементів). Вони здатні доставляти причеплені до них ліки прямо в клітини, наприклад ракові. Експериментуючи з фулеренами і дендримерами, нині в багатьох країнах шукають ефективні ліки від СНІДу, грипу, раку тощо.

Мал. 1.5. Модель молекули фулерену

Ключові терміни та поняття

біологія, екологія, медична біологія, екологізація науки та практичної діяльності людини, нанотехнології.

Перевірте здобуті знання

1. Які основні біологічні науки ви знаєте? 2. Чому сучасні біологічні дослідження неможливі без застосування математичних методів? 3. Які науки досліджують питання збереження та поліпшення здоров’я людини? 4. Як біологія та екологія взаємодіють з іншими науками? 5. Яке значення має екологізація сучасної науки та практичної діяльності людини?

Поміркуйте

Які винаходи людства сприяли розвитку біології?

Творчe завдання

Підготуйте коротке повідомлення щодо внеску в розвиток біології видатних українських учених-біологів (О. Ковалевського, І. Шмальгаузена, І. Мечникова, С. Навашина, О. Фоміна, М. Холодного, О. Палладіна, Д. Заболотного, О. Богомольця, П. Костюка, С. Гершензона, О. Маркевича та ін.). Цей список ви можете доповнити самостійно або з допомогою вчителя чи вчительки. Ця інформація стане вам у пригоді під час вивчення відповідних тем у 10 та 11 класах.

скачать dle 11.0фильмы бесплатно