Достижения биологии. Важнейшие открытия в биологии Где в современном мире используются достижения биологии

⁰

Наиболее важными событиями в области биологии, повлиявшими на весь ход ее дальнейшего развития, являются: установление молекулярной структуры ДНК и ее роли в передаче информации в живой материи (Ф. Крик, Дж. Уотсон, М. Уилкинс); расшифровка генетического кода (Р. Холли, Х.-Г. Корана, М. Ниренберг); открытие структуры гена и генетической регуляции синтеза белков (А. М. Львов, Ф. Жакоб, Ж.-Л. Моно и др.); формулировка клеточной теории (М. Шлейден, Т. Шванн, Р. Вирхов, К. Бэр); исследование закономерностей наследственности и изменчивости (Г. Мендель, Г. де Фриз, Т. Морган и др.); формулировка принципов современной систематики (К. Линней), эволюционной теории (Ч. Дарвин) и учение о биосфере (В.И. Вернадский).

Значимость открытий последних десятилетий еще предстоит оценить, однако наиболее крупными достижениями биологии были признаны: расшифровка генома человека и других организмов, определение механизмов контроля потока генетической информации в клетке и формирующемся организме, механизмов регуляции деления и гибели клеток, клонирование млекопитающих, а также открытие возбудителей «коровьего бешенства» (прионов).

Работы по программе «Геном человека», которые проводились одновременно в нескольких странах и были завершены в начале нынешнего века, привели нас к пониманию того, что у человека есть всего около 25-30 тыс. генов, но информация с большей части нашей ДНК не считывается никогда, так как в ней содержится огромное количество участков и генов, кодирующих признаки, утратившие значение для человека (хвост, оволосение тела и др.). Кроме того, был расшифрован ряд генов, отвечающих за развитие наследственных заболеваний, а также генов- мишеней лекарственных препаратов. Однако практическое применение результатов, полученных в ходе реализации данной программы, откладывается до тех пор, пока не будут расшифрованы геномы значительного количества людей, и тогда станет понятно, в чем же все-таки их различие. Эти цели поставлены перед целым рядом ведущих лабораторий всего мира, работающих над реализацией программы «ENCODE».

Биологические исследования являются фундаментом медицины, фармации, широко используются в сельском и лесном хозяйстве, пищевой промышленности и других отраслях человеческой деятельности.

Хорошо известно, что только «зеленая революция» 1950-х годов позволила хотя бы частично решить проблему обеспечения быстро растущего населения Земли продуктами питания, а животноводство - кормами за счет внедрения новых сортов растений и прогрессивных технологий их выращивания. В связи с тем, что генетически запрограммированные свойства сельскохозяйственных культур уже почти исчерпаны, дальнейшее решение продовольственной проблемы связывают с широким введением в производство генетически модифицированных организмов.

Производство многих продуктов питания, таких как сыры, йогурты, колбасы, хлебобулочные изделия и др., также невозможно без использования бактерий и грибов, что является предметом биотехнологии.

Познание природы возбудителей, процессов течения многих заболеваний, механизмов иммунитета, закономерностей наследственности и изменчивости позволили существенно снизить смертность и даже полностью искоренить ряд болезней, таких, например, как черная оспа. С помощью новейших достижений биологической науки решается и проблема репродукции человека. Значительная часть современных лекарственных препаратов производится на основе природного сырья, а также благодаря успехам генной инженерии, как, например, инсулин, столь необходимый больным сахарным диабетом, что в основном синтезируется бактериями, которым перенесен соответствующий ген.

Не менее значимы биологические исследования для сохранения окружающей среды и разнообразия живых организмов, угроза исчезновения которых ставит под сомнение существование человечества.

Наибольшее значение среди достижений биологии является тот факт, что они лежат даже в основе построения нейронных сетей и генетического кода в компьютерных технологиях, а также широко используются в архитектуре и других отраслях. Вне всякого сомнения, наступивший XXI век является веком биологии.

Наиболее значимыми событиями первой половины XIX века стали становление палеонтологии и биологических основ стратиграфии, возникновение клеточной теории, формирование сравнительной анатомии и сравнительной эмбриологии. Центральными событиями второй половины XIX века стали публикация «Происхождения видов» Чарлза Дарвина и распространение эволюционного подхода во многих биологических дисциплинах.

Клеточная теория

Клеточная теория была сформулирована в 1839г. немецким зоологом и физиологом Т. Шванном. Согласно этой теории, всем организмам присуще клеточное строение. Клеточная теория утверждала единство животного и растительного мира, наличие единого элемента тела живого организма -- клетки. Как и всякое крупное научное обобщение, клеточная теория не возникла внезапно: ей предшествовали отдельные открытия различных исследователей.

В начале XIX в. предпринимались попытки изучения внутреннего содержимого клетки. В 1825г. чешский ученый Я. Пуркине открыл ядро в яйцеклетке птиц. В 1831г. английский ботаник Р. Броун впервые описал ядро в клетках растений, а в 1833г. он пришел к выводу, что ядро является обязательной частью растительной клетки. Таким образом, в это время меняется представление о строении клетки: главным в ее организации стали считать не клеточную стенку, а содержимое.

Наиболее близко к формулировке клеточной теории подошел немецкий ботаник М. Шлейден, который установил, что тело растений состоит из клеток.

Многочисленные наблюдения относительно строения клетки, обобщение накопленных данных позволили Т. Шванну в 1839 г. сделать ряд выводов, которые впоследствии назвали клеточной теорией. Ученый показал, что все живые организмы состоят из клеток, что клетки растений и животных принципиально схожи между собой.

Клеточная теория включает следующие основные положения:

1) Клетка -- элементарная единица живого, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению и являющаяся единицей строения, функционирования и развития всех живых организмов.

2) Клетки всех живых организмов сходны по строению, химическому составу и основным проявлениям жизнедеятельности.

3) Размножение клеток происходит путем деления исходной материнской клетки.

4) В многоклеточном организме клетки специализируются по функциям и образуют ткани, из которых построены органы и их системы, связанные между собой межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.

Создание клеточной теории стало важнейшим событием в биологии, одним из решающих доказательств единства живой природы. Клеточная теория оказала значительное влияние на развитие биологии как науки, послужила фундаментом для развития таких дисциплин, как эмбриология, гистология и физиология. Она позволила создать основы для понимания жизни, индивидуального развития организмов, для объяснения эволюционной связи между ними. Основные положения клеточной теории сохранили свое значение и сегодня, хотя более чем за сто пятьдесят лет были получены новые сведения о структуре, жизнедеятельности и развитии клетки.

Эволюционная теория Ч. Дарвина

Переворот в науке произвела книга великого английского ученого-натуралиста Чарльза Дарвина «Происхождения видов», написанная в 1859 году. Обобщив эмпирический материал современной ему биологии и селекционной практики, использовав результаты собственных наблюдений во время путешествий, он раскрыл основные факторы эволюции органического мира. В книге «Изменение домашних животных и культурных растений» (1868) он изложил дополнительный фактический материал к основному труду. В книге «Происхождение человека и половой отбор» (1871) выдвинул гипотезу происхождения человека от обезьяноподобного предка.

Сущность дарвиновской концепции эволюции сводится к ряду логичных, проверяемых в эксперименте и подтвержденных огромным количеством фактических данных положений:

1) В пределах каждого вида живых организмов существует огромный размах индивидуальной наследственной изменчивости по морфологическим, физиологическим, поведенческим и любым другим признакам. Эта изменчивость может иметь непрерывный, количественный, или прерывистый качественный характер, но она существует всегда.

2) Все живые организмы размножаются в геометрической прогрессии.

3) Жизненные ресурсы для любого вида живых организмов ограничены, и поэтому должна возникать борьба за существование либо между особями одного вида, либо между особями разных видов, либо с природными условиями. В понятие «борьба за существование» Дарвин включил не только собственно борьбу особи за жизнь, но и борьбу за успех в размножении.

4) В условиях борьбы за существование выживают и дают потомство наиболее приспособленные особи, имеющие те отклонения, которые случайно оказались адаптивными к данным условиям среды. Это принципиально важный момент в аргументации Дарвина. Отклонения возникают не направленно -- в ответ на действие среды, а случайно. Немногие из них оказываются полезными в конкретных условиях. Потомки выжившей особи, которые наследуют полезное отклонение, позволившее выжить их предку, оказываются более приспособленными к данной среде, чем другие представители популяции.

5) Выживание и преимущественное размножение приспособленных особей Дарвин назвал естественным отбором.

6) Естественный отбор отдельных изолированных разновидностей в разных условиях существования постепенно ведет к дивергенции (расхождению) признаков этих разновидностей и, в конечном счете, к видообразованию.

В основе теории Дарвина - свойство организмов повторять в ряду поколений сходные типы обмена веществ и индивидуального развития в целом - свойство наследственности. Наследственность вместе с изменчивостью обеспечивает постоянство и многообразие форм жизни и лежит в основе эволюции живой природы. Одно из основных понятий своей теории эволюции - понятие "борьба за существование" - Дарвин употреблял для обозначения отношений между организмами, а также отношений между организмами и абиотическими условиями, приводящих к гибели менее приспособленных и выживанию более приспособленных особей.

Дарвин выделил две основные формы изменчивости:

Определенную изменчивость - способность всех особей одного и того же вида в определенных условиях внешней среды одинаковым образом реагировать на эти условия (климат, почву);

Неопределенную изменчивость, характер которой не соответствует изменениям внешних условий.

В современной терминологии неопределенная изменчивость называется мутацией. Мутация - неопределенная изменчивость в отличие от определенной носит наследственный характер. По Дарвину, незначительные изменения в первом поколении усиливаются в последующих. Дарвин подчеркивал, что решающую роль в эволюции играет именно неопределенная изменчивость. Она связана обычно с вредными и нейтральными мутациями, но возможны и такие мутации, которые оказываются перспективными. Неизбежным результатом борьбы за существование и наследственной изменчивости организмов, по Дарвину, является процесс выживания и воспроизведения организмов, наиболее приспособленных к условиям среды, и гибели в ходе эволюции неприспособленных - естественный отбор.

Механизм естественного отбора в природе действует аналогично селекционерам, т.е. складывает незначительные и неопределенные индивидуальные различия и формирует из них у организмов необходимые приспособления, а также межвидовые различия. Этот механизм выбраковывает ненужные формы и образовывает новые виды. Дарвинизм: история и современность. М.,Наука,1985

Тезис о естественном отборе наряду с принципами борьбы за существование, наследственности и изменчивости - основа дарвиновской теории эволюции.

Клеточная теория и учение Дарвина об эволюции - это самые значительные достижения биологии XIX века. Но я думаю, что следует упомянуть и о других достаточно важных открытиях.

С развитием физики и химии происходят и изменения в медицине. С течением времени областей применения электричества становится все больше. Его использование в медицине положило начало электро- и ионофорезу. Открытие Х-лучей Рентгеном вызвало особый интерес у врачей. Физические лаборатории, где создавалась аппаратура, используемая Рентгеном для получения Х-лучей, атаковались врачами и их пациентами, подозревавшими, что в них находятся когда-то проглоченные иголки, пуговицы и т.д. История медицины до этого не знала столь быстрой реализации открытий в области электричества, как это случилось с новым диагностическим средством - рентгеновскими лучами.

С конца XIX века начинаются опыты на животных для определения пороговых - опасных - значений тока и напряжения. Определение этих значений вызвалось необходимостью создания защитных мероприятий.

Немало важным открытием в области медицины и биологии стало открытие витаминов. Еще в 1820 году наш соотечественник П. Вишневский впервые высказал предположение о существовании в противоцинготных продуктах некоего вещества, которое способствует правильной жизнедеятельности организма. Собственно открытие витаминов принадлежит Н. Лунину, доказавшему в 1880 году, что в состав пищи входят некие жизненно важные элементы. Термин "витамины" образован от латинских корней: "вита" - жизнь и "амин" - соединение азота.

В XIX веке начинается борьба с инфекционными заболеваниями. Английский врач Дженнер изобрел вакцину, Роберт Кох открыл возбудитель туберкулеза - палочку Коха, а также разработал профилактические меры против эпидемий и создал лекарства.

Микробиология

Луи Пастер подарил миру новую науку - микробиологию.

Этот человек, сделавший ряд ярчайших открытий, должен был всю жизнь отстаивать свои истины в бесполезных спорах. Естествоиспытатели всего мира вели споры о том, существует или нет «самозарождение» живых организмов. Пастер не спорил, Пастер работал. Почему бродит вино? Почему скисает молоко? Пастер установил, что процесс брожения - процесс биологический, вызываемый микробами.

В лаборатории Пастера до сих пор стоит колба удивительной формы - хрупкое сооружение с причудливо выгнутым носиком. Более 100 лет назад в неё влили молодое вино. Оно не скисло и по сей день - секрет формы бережет его от микробов брожения.

Опыты Пастера имели большое значение для создания методов стерилизации и пастеризации (нагревание жидкости до 80оС, чтобы убить микроорганизмы, и последующее быстрое ее охлаждение) различных продуктов. Он разработал методы предохранительных прививок против заразных болезней. Его исследования послужили основой для учений об иммунитете.

Генетика

В 1865 году были опубликованы результаты работ по гибридизации сортов гороха, где были открыты важнейшие законы наследственности. Автор этих работ - чешский исследователь Грегор Мендель показал, что признаки организмов определяются дискретными наследственными факторами. Однако эти работы оставались практически неизвестными почти 35 лет - с 1865 по 1900.

Тема урока : Биология - наука о живой природе.

Основные цели и задачи : Дать ученикам 5-ого класса начальные представления о том, что такое биология и чем она занимается.

Особое внимание уделяется многообразию биологически исследований и формированию отличий живой природы от неживой.

План урока :

Что изучает биология?
Подразделы биологии
Где используются достижения биологии?
Представители живого мира
Чем живые организмы отличаются от неживых?

Ход урока

1. Что изучает биология?

Биология как наука о живой природе занимается изучением все ее проявлений. В ее названии присутствуют два греческих слова: «биос», что означает жизнь, и «логос», что значит наука.

В биологии важны все без исключения живые организмы, от самых больших до самых крошечных. Биологи (а именно так называются ученые, которые занимаются биологией) исследуют жизнь во всех ее проявлениях. Чем же именно они занимаются:

Изучают строение организмов;
Исследуют процесс размножения;
Прослеживают происхождение и взаимосвязи между отдельными группами;
Изучают связи между объектами живой и неживой природы.

Практическое задание:

Как и в любой другой комплексной науке, в биологии есть множество подразделов. Каждым из них сконцентрирована на разных аспектах природы:

Ботаника - наука о растениях;
Зоология - наука о животных;
Генетика - наука о наследственности и генах;
Физиология - наука о жизнедеятельности целостного организма;
Цитология - наука о клетках, изучается их строение, функционирование, размножение;
Анатомия - наука о внутреннем строении живых организмов, расположении и взаимодействии внутренних органов;
Морфология - наука о форме и строении организмов;
Микробиология - наука о микроскопических веществах (микробах);

Практическое задание:

Подумайте, на чем сосредоточены следующие науки: эмбриология (наука о развитии зародышей), биогеография (наука, изучающая географическое распределение и размещение животных на планете), бионика (наука о том, как применять в технических устройствах и системах принципы, работающие в живых и неживых организмах), молекулярная биология (наука о хранении и передаче генетической информации, на уровне белков и нуклеиновых кислот), радиобиология (посвящена изучения действия излучений на биологические объекты), космическая биология (изучает возможности жизни организмов в условиях полетов на космических аппаратах и обеспечение жизнедеятельности на космических станциях), фитопатология (наука о болезнях растений), биохимия (изучает состав живых клеток и организмов).

3. Где используются достижения биологии?

Биология относится к теоретическим наукам, однако результаты исследований биологов часто имеют прикладной характер. Где же могут использоваться биологические открытия?

Сельское хозяйство - с целью увеличения уровня сбора урожая, роста продуктивности животноводства, изобретение способов борьбы с вредителями.
Медицина - изучение полезных свойств объектов живой и неживой природы помогает изобретать новые лекарственные средства.
Охрана окружающей среды - биология показывает, в каких направлениях человек разрушает существующий в природе порядок вещей и помогает находить способы борьбы с этими явлениями.

4. Представители живого мира

В живом мире сегодня, как и 4 млрд. лет назад, выделяют:

Доклеточные организмы - вирусы. Они становятся живыми только тогда, когда имеют возможность проявиться в клетках живых организмов.
Прокариоты. У них есть клетка, у клетки нет ядра. Другое название бактерий - бактерии.
Эукариоты. Сюда относят грибы, растения и животных. У них в клетках есть сформированные ядра.

Бактерии, грибы, растения и животные образуют 4 царства живых организмов.

Практическое задание:

Какие вирусы Вы знаете? (вирус, вызывающий ОРВИ, различные виды гриппа и т.д.).

5. Чем живые организмы отличаются от неживых?

Если об объектах живой природы мы уже говорили, то вопросов о том, что представляют собой объекты неживой природы, пока еще не касались. К ним, прежде всего, относятся камни, лед, песок и прочее. Каковы же отличительные свойства живых существ?

Они дышат.
Они питаются. Ни один живой организм не может существовать без того, чтобы черпать энергию извне. А вот что он будет потреблять и перерабатывать - мясо, молоко, крупу или морковь - уже и не столь важно.
Они размножаются, то есть воспроизводят себе подобных. Каждый Без этого жизнь на планете давно бы уже иссякла и закончилась. Именно в этом свойстве проявляется бесконечность жизни на планете Земля.
Они реагируют на воздействия окружающей среды и зависят от тех условий, в которых живут. Вот почему медведи на зиму залегают в спячку, а зайцы меняют свой окрас.
У живых организмов есть клеточная структура. Они могут состоять из одной клетки (есть специальный класс одноклеточных), а могут из многих (например, животные или человек). Клеток нет только у вирусов, поэтому они могут жить исключительно в организмах других животных, растений или человека.
Живые существа сходны по химическому составу - в их строении присутствуют органические соединения (белки. Жиры, углеводы), а также неорганические (самый распространенный из них - вода).
В большинстве своем живые организмы способны к передвижению. О такой возможности животных знают все, а вот что с растениями? Наличие корней и нахождение в почте делает их неспособными к проявлению такого свойства. Однако это не совсем так. Подсолнечник, к примеру, меняет свое положение в зависимости от движения Солнца. Точно также листья многих растений реагируют на солнечный свет.

По этим признакам их можно различить, однако в состоянии покоя некоторые живые объекты не проявляют признаков жизнедеятельности (например, семена растений, пыльца цветков).

Оценивание : Попросите учеников ответить на проверочные вопросы. По их ответам можно будет определить, насколько они усвоили материал урока:

Что такое биология?
Что изучает биология?
Какие подразделы биологии Вы знаете?
Какие царства живых организмов Вы знаете?
Каковы главные отличия живого организма от объектов неживой природы.

6. Итоги урока:

В ходе проведённого урока ученики познакомились:

С тем, что такое биология, какие вопросы она изучает, на что направлено ее основное внимание.
Какие есть разделы биологии и чем они занимаются.
В каких сферах используются достижения биологии.
Чем отличаются живые организмы от неживых.

Домашнее задание:

В качестве домашнего задания следует дать ученикам возможность написать творческую работу «Где используются достижения биологии», поскольку данный вопрос в рамках урока был рассмотрен очень поверхностно.

Наиболее важными событиями в области биологии, повлиявшими на весь ход ее дальнейшего развития , являются: установление молекулярной структуры ДНК и ее роли в передаче информации в живой материи (Ф. Крик, Дж. Уотсон, М. Уилкинс); расшифровка генетического кода (Р. Холли, Х.-Г. Корана, М. Ниренберг); открытие структуры гена и генетической регуляции синтеза белков (А. М. Львов, Ф. Жакоб, Ж.-Л. Моно и др.); формулировка клеточной теории (М. Шлейден, Т. Шванн, Р. Вирхов, К. Бэр); исследование закономерностей наследственности и изменчивости (Г. Мендель, Г. де Фриз, Т. Морган и др.); формулировка принципов современной систематики (К. Линней), эволюционной теории (Ч. Дарвин) и учение о биосфере (В.И. Вернадский).

В анализ были включены только преподаватели, в которых участвовало в общей сложности пять или более студентов в любом из этих трех типов взаимодействий между учащимися и преподавателями в трех наблюдаемых классах. Мы выбрали пять в качестве более низкого отсечения, чтобы быть консервативным, поскольку анализ, который мы планировали использовать, включал отношения. При соотношениях, чем меньше наблюдений, тем легче увидеть экстремальные значения, которые будут классифицированы как значительные отклонения от ожидаемых.

Исходя из этого критерия, только 20 из 26 инструкторов квалифицировались для анализа участия учащегося в взаимодействиях всего класса. Если бы наблюдатели не смогли определить пол оратора или не согласились с полом, студент был отмечен как «не может определить». В целом, наблюдатели не могли назначить пол 9% студентов, которые говорили перед всем классом, Если более 20% от общего числа студентов, выступающих на трех сеансах, не могут быть назначены воспринимаемым полом, тогда преподаватель, преподающий этот класс, не был включен в наш анализ.

Это произошло только для двух инструкторов, в которых либо камера была слишком далеко, чтобы увидеть, что кто-то из студентов, которые говорили, или студенты так коротко говорили, что их невозможно было идентифицировать. Таким образом, из 20 преподавателей, в которых участвовало более пяти учеников, выступивших за весь класс за три класса, мы смогли проанализировать данные об участии 18 инструкторов.

Мы решили работать с историческими видеоданными, чтобы мы не влияли на поведение инструктора, сидя и записывая взаимодействия в реальном времени. Однако методы, используемые в этом исследовании, имеют несколько ограничений. Первым недостатком работы с историческими видеоданными является то, что мы не можем идентифицировать отдельных студентов по имени, чтобы определить их самооценку гендерной идентичности. Воспринимаемый пол был лучшим прокси-сервером, который мы могли бы собрать, но воспринимаемый пол не всегда совпадает с самоопределенным полом.

Во-вторых, в большинстве наших наблюдаемых классов индивидуальный инструктор использовал несколько методов взаимодействия с учащимися, а также работу с небольшими группами. Таким образом, нам не удалось связать эффективность экзамена в этих классах с используемыми методами взаимодействия, поскольку использовались несколько методов, и невозможно было установить независимое влияние одного из этих методов на эффективность экзамена.

Анализы проводились отдельно для каждого типа взаимодействия между студентом и преподавателем, чтобы определить, существуют ли гендерные модели участия в рамках каждой стратегии. У некоторых преподавателей было достаточно участников из двух категорий, которые должны были быть включены в оба набора анализов, а некоторые из них превышали минимальное количество студентов для всех трех методов. Поэтому индивидуальный инструктор может быть включен в анализ более чем одного типа взаимодействия. В целом, 11 преподавателей были включены в анализ для спонтанных студенческих вопросов, 13 в анализе дискуссий на добровольных началах и 4 в анализе дискуссий по случайным вызовам.

Поскольку количество взаимодействий между учащимися и преподавателями значительно варьировалось между этими 18 инструкторами, результаты будут выражаться в процентах от взаимодействий женщин. Поскольку в каждом анализе инструкторов участвовало лишь небольшое количество учеников, для сравнения ожидаемого значения женских ораторов с наблюдаемым процентом женских голосов , слышимых в каждом типе взаимодействия, использовался точный биномиальный тест на предмет хорошей пригодности. Кроме того, был проведен непараметрический дисперсионный анализ Крускала-Уоллиса, чтобы определить, влияет ли гендерный фактор на женщин.

Результаты для исследования 2: Существуют ли гендерные пробелы в участии во всех обсуждениях на целых классах. В 11 классах, где были спонтанные студенческие вопросы, не было существенной разницы между долей женщин, обучающихся в классе, и долей вопросов, заданных женщинами. В классных комнат ах женщины не задавали больше вопросов, чем мужчины.

Изменение по классам в процентах вопросов, заданных женщинами. Сравнение процента женщин в классе с процентом бесспорных вопросов в классе, заданных женщинами. Звездочки показывают, что точное биномиальное испытание было значительным на уровне р = 05.

С другой стороны, в 13 классах, в которых были ответы добровольцев, количество ответов, приписываемых женщинам, было значительно ниже, чем ожидалось, исходя из количества женщин, обучающихся в каждом классе. В каких-либо классных комнатах женщины слышали больше, чем мужчины, когда инструктор запрашивал ответы добровольцев.

Женщины слышали во взаимодействии добровольцев-студентов-инструкторов значительно меньше ожиданий, основанных на учебе. Сравнение процента женщин в классе с процентным соотношением волонтерских студентов-инструкторов, в которых участвуют учащиеся-женщины.

Современная биология основывается на тех достижениях, которые были сделаны в этой науке во второй половине

XIX века: создание Ч. Дарвином эволюционного учения ,
основополагающие работы К. Бернара в области физиоло
гии, важнейшие исследования Л. Пастера, Р. Коха и
И.И. Мечникова в области микробиологии и иммунологии,
работы И.М. Сеченова и И.И. Павлова в области выс
шей нервной деятельности и, наконец, блестящие работы
Г. Менделя, хотя и не получившие известности до начала

В отличие от спонтанных студенческих вопросов или ответов добровольцев не было существенных гендерных различий в участии, когда участие основывалось на случайном вызове. Этот шаблон был согласован в четырех классах, в которых использовался случайный вызов.

Случайный призыв аннулирует гендерный разрыв в участии всего класса. Сравнение процента женщин в классе с процентом женщин, которых вызывают во время обсуждения на основе случайных разговоров. Мы не обнаружили никаких доказательств того, что гендерный инструктор модерировал любую из этих форм участия.

XX века, но уже выполненные их выдающимся автором.
XX век явился продолжением не менее интенсивного

прогресса в биологии. В 1900 году голландским ученым-биологом X. де Фризом (1848-1935), немецким ученым-ботаником К.Э. Корренсом (1864-1933) и австрийским ученым Э. Чермак-Зейзенеггом (1871-1962) независимо друг от друга и почти одновременно вторично были открыты и стали всеобщим достоянием законы наследственности, установленные Менделем.

Студенты-женщины отставали на экзаменах по сравнению с мужчинами-сверстниками с аналогичным историческим успехом колледжа. Кроме того, голоса женщин были услышаны гораздо реже, чем можно было бы ожидать на основе гендерного состава классов. Причины и последствия этих тонких диспропорций трудно различить, но они могут иметь долгосрочные последствия для развития научной идентичности , чувства принадлежности и уверенности женщин-специалистов в области науки, которые могут иметь негативные последствия для долгосрочного удержания женщин в области биологии.

Развитие генетики после этого происходило быстро. Был принят принцип дискретности в явлениях наслед-

ственности, открытый еще Менделем; опыты по изучению закономерностей наследования потомками свойств и признаков родителей были значительно расширены. Было принято понятие «ген», введенное известным датским биологом Вильгельмом Иогансоном (1857-1927) в 1909 году и означающее единицу наследственного материала, ответственного за передачу по наследству определенного признака.

Небольшой, но потенциально важный разрыв между мужчинами и женщинами

У нас нет данных о статусе первого поколения для нашего образца, но у нас есть расовая и этническая идентичность . Это было меньше половины разрыва в достижении успеха среди белых и чернокожих студентов и белых домашних студентов и иностранных студентов. Разрыв в достижении гендерного равенства был вдвое выше, чем разрыв в достижении Азии и белых достижений. Эти результаты показывают, что разрыв в гендерном достижении имеет сходные масштабы с некоторыми пробелами, которые уже вызывают озабоченность в биологии, хотя и меньше других.

Утвердилось понятие хромосомы как структурного ядра клетки, содержащего дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) - высокомолекулярное соединение, носитель наследственных признаков.

Дальнейшие исследования показали, что ген является определенной частью ДНК и действительно носителем только определенных наследуемых свойств, в то время как ДНК - носитель всей наследственной информации организма.

В отличие от нашего исследования, три исследования во вводных классах биологии не обнаружили значительных промежутков между мужчинами и женщинами. В целом, наше исследование является крупнейшим исследованием вводной биологии и единственным исследованием вводной биологии, чтобы продемонстрировать разрыв в достижении успеха. К ним относятся исследования в областях, которые, как считается, менее дружелюбны к женщинам, чем биология, такие как физика и биохимия. Однако пробелы в достижении эффективности являются лишь одной мерой, и перед тем, как можно сделать какие-либо окончательные выводы, необходимо изучить больше мер.

Развитию генетики способствовали в большой мере исследования известного американского биолога, одного из основоположников этой науки, Томаса Ханта Моргана (1866-1945). Он сформулировал хромосомную теорию наследственности. Большинство растительных и животных организмов являются диплоидными, т.е. их клетки (за исключением половых) имеют наборы парных хромосом, однотипных хромосом от женского и мужского организмов. Хромосомная теория наследственности сделала более понятными явления расщепления в наследовании признаков.

Во-первых, учащиеся-женщины могут вводить вступительные классы биологии с более слабым фоном биологии, чем мужчины. Второе возможное объяснение этого разрыва в достижении происходит из литературы социальной психологии : феномена угрозы стереотипов. Было показано, что меры по уменьшению угрозы стереотипов повышают эффективность женщин в областях, связанных с математикой. Таким образом, остается вероятность того, что женщины в биологии находятся под стереотипной угрозой и что это явление может объяснить наши результаты.

Гендер инструктора может повлиять на достижение успеха

Необходима дальнейшая работа для тщательного изучения этой возможности. Будущая перспективная работа могла бы проводить обследования, которые учитывали бы различия в подготовке и опыте стереотипной угрозы, чтобы различать эти и другие возможности. Доказательства для гендерного воздействия преподавателя на гендерные разрывы в достижении на уровне колледжа неоднозначны. Некоторые исследования показывают, что гендерный пол инструктора влияет на достижение женщин, но другие исследования не подтверждают этого вывода.

Важным событием в развитии генетики стало открытие мутаций - возникающих внезапно изменений в наследственной системе организмов и потому могущих привести к устойчивому изменению свойств гибридов, передаваемых и далее по наследству. Своим возникновением мутации обязаны либо случайным в развитии организма событиям (их обычно называют естественными или спонтанными мутациями), либо искусственно вызываемым воздействиям (такие мутации часто именуют индуцированными). Все виды живых организмов (как растительных, так и животных) способны мутировать, т. е. давать мутации. Это явление - внезапное возникновение новых, передающихся по наследству свойств - известно в биологии давно. Однако систематическое изучение мутаций было начато голландским ученым Хуго де Фризом, установившим и

Наше исследование нашло некоторые доказательства небольшого, но значительного влияния пола преподавателя, хотя была некоторая неопределенность в отношении важности этих условий. Одним из ограничений нашего исследования является то, что мы не документировали, могут ли методы обучения или формат экзамена варьироваться в зависимости от пола инструктора. Без этой информации невозможно определить, учат ли преподаватели-преподаватели по-другому, чем инструкторы-мужчины, и является ли эффект преподавателя главным образом гендерным принципом инструктора.

сам термин «мутации». Было обнаружено, что индуцированные мутации могут возникать в результате радиоактивного облучения организмов, а также могут быть вызваны воздействием некоторых химических веществ.

Следует отметить первооткрывателей всего того, что связано с мутациями. Советский ученый-микробиолог Георгий Адамович Надсон (1867-1940) вместе со своими коллегами и учениками установил в 1925 году воздействие радиоизлучения на наследственную изменчивость у грибов. Известный американский генетик Герман Джозеф Меллер (1890-1967), работавший в течение 1933-1937 годов в СССР, обнаружил в 1927 году в опытах с дрозофилами сильное мутагенное действие рентгеновских лучей . В дальнейшем было установлено, что не только рентгеновское, но и любое ионизированное облучение вызывает мутации.

Гендерные пробелы существуют в участии всего класса

Мы знаем анекдотически, что большинство экзаменов по всем 23 курсам были форматом короткого ответа и что некоторые из инструкторов с наиболее ориентированными на учеников классами были мужчинами. В целом мы обнаружили, что учащиеся женщин и мужчин одинаково склонны задавать спонтанные вопросы в ~ 50% классов. Когда учеников попросили предложить ответы добровольцев, 69% классных комнат продемонстрировали характер участия мужчин в предвзятости; В этих классах мужчины в среднем говорили в 63% случаев, хотя они составляли 40% от общего класса.

Достижения генетики (и биологии в целом) за прошедшее после выхода в свет книги Дарвина «Происхождение видов» время так значительны, что было бы удивительно, если бы все это никак не повлияло на дарвиновскую теорию эволюции. Два фактора: изменчивость и наследственность, которым Дарвин придавал большое значение , получили более глубокое толкование.

Во-первых, отдельные ученики решили, будет ли добровольно отвечать на вопрос преподавателя, а затем инструктор решил, какие добровольцы должны выступить, чтобы поговорить. Инструкторы входят в класс с набором представлений о классе, которые могут включать, помимо прочего, какие темы будут интересовать большинство студентов, что студенты уже знают о предмете, и кто будет участвовать больше всего. Более того, если мы ожидаем, что самцы будут участвовать больше, особенно когда вы предлагаете ответы, то мы могли бы бессознательно облегчить эту модель, обратившись к мужчинам больше.

Итак, дальнейшее развитие биологии и входящей в нее составной частью генетики, во-первых, еще более укрепило дарвиновскую теорию эволюции живого мира и, во-вторых, дало более глубокое толкование (соответствующее достигнутым успехам в биологии) понятиям изменчивости и наследственности, а следовательно, всему процессу эволюции живого мира. Более того, можно сказать, что успехи биологии выдвинули эту науку в ряды лидеров естествознания, причем наиболее поразительные ее достижения связаны с изучением процессов, происходящих на молекулярном уровне.

Молекулярная биология

Прогресс в области изучения макромолекул до второй половины нашего века был сравнительно медленным, но благодаря технике физических методов анализа, скорость его резко возросла.

У. Астбери ввел в науку термин «молекулярная биология» и провел основополагающие исследования белков и ДНК. Хотя в 40-е годы почти повсеместно господствова-

ло мнение, что гены представляют собой особый тип белковых молекул, в 1944 году О. Звери, К. Маклеод и М. Мак-карти показали, что генетические функции в клетке выполняет не белок, а ДНК. Установление генетической роли нуклеиновых кислот имело решающее значение для дальнейшего развития молекулярной биологии , причем было показано, что эта роль принадлежит не только ДНК, но и РНК (рибонуклеиновой кислоте).

Расшифровку молекулы ДНК произвели в 1953 году Ф.Крик (Англия) и Д.Уотсон (США). Уотсону и Крику удалось построить модель молекулы ДНК, напоминающую двойную спираль.

Наряду с изучением нуклеиновых кислот и процессом синтеза белка в молекулярной биологии большое значение с самого начала имели исследования структуры и свойств самих белков. Параллельно с расшифровкой аминокислотного состава белков проводились исследования их пространственной структуры. Среди важнейших достижений этого направления следует назвать теорию спирали, разработанную в 1951 году Э. Полингом и Р. Кори. Согласно этой теории, полипептидная цепь белка не является плоской, а свернута в спираль, характеристики которой были также определены.

Несмотря на молодость молекулярной биологии, успехи, достигнутые ею в этой области, ошеломляющи. За сравнительно короткий срок были установлены природа гена и основные принципы его организации, воспроизведения и функционирования. Полностью расшифрован генетический код , выявлены и исследованы механизмы и главные пути образования белка в клетке. Полностью определена первичная структура многих транспортных РНК. Установлены основные принципы организации разных субклеточных частиц, многих вирусов, и разгаданы пути их биогенеза в клетке.

Другое направление молекулярной генетики - исследование мутации генов. Современный уровень знаний позволяет не только понять эти тонкие процессы, но и использовать их в своих целях. Разрабатываются методы генной инженерии, позволяющие внедрить в клетку желаемую генетическую информацию. В 70-е годы появились методы выделения в чистом виде фрагментов ДНК с помощью электрофореза.

В 1981 году процесс выделения генов и получения из них различных цепей был автоматизирован. Генная инженерия в сочетании с микроэлектроникой предвещают возможности управлять живой материей почти так же, как неживой.

В последнее время в средствах массовой информации активно обсуждаются опыты по клонированию и связанные с этим нравственные, правовые и религиозные проблемы. Еще в 1943 году журнал «Сайенс» сообщил об успешном оплодотворении яйцеклетки в «пробирке». Далее события развивались следующим образом.

1973 год - профессор Л. Шетлз из Колумбийского университета в Нью-Йорке заявил, что он готов произвести на свет первого «бэби из пробирки», после чего последовали категорические запреты Ватикана и пресвитерианской церкви США.

1978 год - рождение в Англии Луизы Браун, первого ребенка «из пробирки».

1997 год - 27 февраля «Нейчур» поместил на своей обложке - на фоне микрофотографии яйцеклетки - знаменитую овечку Долли, родившуюся в институте Рослин в Эдинбурге.

1997 год - в самом конце декабря журнал «Сайенс»
сообщил о рождении шести овец, полученных по рослин-
скому методу. Три из них, в том числе и овечка Долли,
несли человеческий ген «фактора IX», или кровоостанав
ливающего белка, который необходим людям, страдающим
гемофилией, то есть несвертываемостью крови.

1998 год - чикагский физик Сиди объявляет о созда
нии лаборатории по клонированию людей: он утверждает,
что отбоя от клиентов у него не будет.

1998 год, начало марта - французские ученые объявили о рождении клонированной телочки.

Все это открывает уникальные перспективы для человечества.

Клонирование органов и тканей - это задача номер один в области трансплантологии, травматологии и в других областях медицины и биологии. При пересадке клонированного органа не надо думать о подавлении реакции отторжения и возможных последствиях в виде рака, развившегося на фоне иммунодефицита. Клонированные органы станут спасением для людей, попавших в автомобильные

аварии или какие-нибудь иные катастрофы, или для людей, которым нужна радикальная помощь из-за заболеваний пожилого возраста (изношенное сердце, больная печень и т. д.).

Самый наглядный эффект клонирования - дать возможность бездетным людям иметь своих собственных детей. Миллионы семейных пар во всем мире страдают, будучи обреченными оставаться без потомков.

Лекция:

Биология как наука

Отдельной наукой биология стала в 19-м веке, когда термин «биология» начали использовать сразу несколько ученых – Жан Батист Ламарк и Готфрид Рейнхольд Тревиранус в 1802 г и Фридрих Бурдах в 1800. До этого изучением некоторых аспектов живого занимались естественная история и медицина.

Объектом изучения биологии является жизнь в любых ее проявлениях – эволюция, распределение живого на планете, его структура, процессы функционирования, классификация, взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой.

Основой современной биологии являются 5 базовых принципов:

клеточная теория;

генетика;

эволюция;

гомеостаз;

Методы биологии

Методами биологии называются приемы, используемые учеными для приобретения новых знаний о живых организмах.

Основным правилом для любого ученого является принцип «ничего не принимать на веру» – каждое явление должно быть точно изучено и о нем должно быть получено достоверное знание.

Методами биологии называют приемы, с помощью которых строится система точного научного знания. К ним относятся:

Наблюдение. Первое столкновение ученых с чем-то еще не изученным.

Описание явления, нового организма, его особенностей;

Систематизация. Это процесс соотнесения нового знания с уже имеющимися системами – определение места вновь открытого организма на древе эволюции, его химического строения, особенностей размножения и других свойств с уже имеющимися системами знания;

Сравнение. Поиск похожих явлений, изучение уже встречавшихся подобных свидетельств других ученых, описаний и неоконченных исследований;

Эксперимент. Проведение серий экспериментов для подтверждения или опровержения новой теории или гипотезы.

Аналитический метод. Подразумевает сбор и сравнение всей информации по какому-либо вопросу.

Исторический метод. Позволяет изучить закономерности исторического развития организмов, обращаясь к уже имеющемуся знанию.

Моделирование. Построение и расчет возможных вариантов строения организма, функционирования его органов, его взаимодействия с другими живыми организмами. Это могут быть компьютерные модели, трехмерные модели строения, математический метод.

Используются универсальные, общие для всех наук правила построения научных теорий :

наблюдение какого-либо явления, свойства живого организма, его особенности;

выдвижение гипотезы – как и почему возможен наблюдаемый феномен, его предварительное объяснение на базе ранее известных знаний;

эксперимент – постоянно ли явление или имеет случайный характер, одинаково ли проявляется при изменении условий эксперимента, какие конкретно условия оказывают на него влияние;

после экспериментального подтверждения гипотеза становится теорией ;

для проверки теории и поиска точных ответов на вопросы, ученые проводят дополнительные эксперименты.

А также применяются методы, свойственные каждой конкретной науке, для биологии это:

генеалогический . Поиск предков, соотнесение вновь открытого организма с возможными родственными на древе эволюции;

культура тканей. Для изучения физиологических особенностей организма, влияния на него различных факторов проводятся исследования образцов его тканей;

эмбриологический. Изучение процесса развития живого организма до его рождения;

цитогенетический. Исследования генома и строения клеток;

биохимический. Химические исследования клеточного содержимого, тканей, внутренней среды и выделений организма.

Биологических методов очень много, кроме вышеперечисленных в науке широко используются: гибридизация, палеонтологический, центрифугирование и многие другие.

Роль биологии в формировании естественнонаучной картины мира

Знания о биосфере помогают человечеству делать прогнозы долгосрочных и краткосрочных процессов на Земле и стараться управлять ими. Так, зная о роли зеленых растений в формировании кислородной среды планеты – человек понимает важность сохранения лесов. Владея знаниями о взаимоотношениях организмов – в настоящее время человечество уже не допускает опасных экспериментов по внесению в устойчивую экосистему новых животных и растений, это даже прописано в международном законодательстве. Таких ошибок, как завоз кроликов в Австралию или енотовидной собаки на Дальний Восток СССР человек уже не допускает. В настоящее время в Калифорнии проблемой стали заносные виды растений, угнетающие реликтовые ценные виды местной флоры.

Биологические науки позволяют решить многие проблемы с обеспечение продовольственной безопасности. Выведение новых сортов растений и видов животных, позволяют повысить урожайность, защитить посевы от вредителей, увеличить производительность сельского хозяйства.

Генетика и физиология на настоящий момент играют очень важную роль в получении медицинских знаний, способствуя развитию новых методов лечения, созданию лекарств, позволяя победить считавшиеся неизлечимыми заболевания и патологии, а также заранее предупредить и остановить их развитие.

С помощью микробиологии разрабатываются вакцины и сыворотки, новые сорта пищевых продуктов и напитков.

Дендрология и экология позволяют обеспечить восполняемым природным ресурсом – древесиной строительную и целлюлозно-бумажную отрасли промышленности.

Энтомология и ботаника – помогают разработать и улучшить уже известные виды тканей.

Любая из биологических наук, включая палеонтологию и прочие, кажущиеся неважными – оказывает сильное влияние на представление знаний об истории развития планеты, месте человека среди живых организмов, помогает повысить качество жизни и защитить от влияния вредных факторов внешней среды.