Практическое значение биологии в жизни человека, в медицине, в пищевой промышленности
Биология – это наука о жизни, об организмах, существующих на Земле. Название свое она получила от греческих слов, которые известны всем: «биос» – жизнь; «логос» – наука. Объекты изучения биологии встречаются повсеместно: в городах, степях, лесах, горах, болотах и даже засушливых пустынях. Бесчисленное количество растений существует не только на суше, но и в океанах, морях, озерах, реках и прудах. Своя флора и фауна есть даже в Арктике и Антарктиде.
Роль биологии в жизни человека
Всем известно, что растения не только насыщают воздух бесценным кислородом, необходимым для дыхания всего живого на планете, но и забирают из атмосферы углекислый газ. Не переоценить значение биологии в пищевой промышленности, ведь всем, что мы имеем, обязаны природе. Из одной только пшеницы изготавливают хлеб, различные кондитерские сладости, макароны и крупы. Кроме того, человек использует любые части растений. Например, у бобовых съедобными являются семена. Садовые деревья и кустарники, а также многие овощные культуры приносят вкусные плоды. Морковь, репу, редис и свеклу сеют из-за кореньев. Из листьев капусты, салата, шпината, щавеля и петрушки готовят разнообразные блюда. А цветущие растения на клумбах, в саду и оранжереях разводят из эстетических соображений.
Что изучает биология?
Сегодня это целая система наук, которая включает общие законы существования живой природы, ее форм и развития. В зависимости от объекта изучения биологии (животные, растения, вирусы и др.), она имеет подразделы:
Эти науки также подразделяются. Например, к ботанике относится:
К зоологии относятся:
Применение в медицине
Практическое значение биологии огромно. О лечении травами известно с глубокой древности, однако фитотерапия обрела равноправие среди других методов лишь в прошлом столетии. После клинических испытаний лекарственные средства, полученные из растительного сырья, вошли в фармацию. Сейчас сфера применения лекарственных растений в официальной и народной медицине достаточно велика.
Быстрый прогресс науки успешно используют в лечебной практике. Именно открытия в этой сфере определяют значение биологии в медицине и характеризуют сегодняшний уровень ее развития. Например, изучение генетики привело к использованию способов ранней диагностики, лечения, а также профилактики заболеваний человека, передающихся по наследству. Прогресс генной инженерии предусматривает огромные перспективы для создания биоактивных компонентов в медицинских препаратах.
Практическое применение биологии зачастую переворачивает представление о терапии множества заболеваний. Так, благодаря развитию генетики был создан ген инсулина и внедрен в геном кишечной палочки. Этот штамм имеет свойство синтезировать гормон, который используется для лечения больных сахарным диабетом. Таким же методом сегодня производят соматотропин (гормон, отвечающий за рост) и многие другие вещества, вырабатываемые организмом человека: интерферон, иммуногенные лекарства.
Значение для сельского хозяйства
Законы природы применяются при решении множества вопросов в различных отраслях мировой экономики, поэтому роль биологии в современном обществе – одна из главных. Возрастающие темпы численности населения планеты, снижение площадей, занятых аграрными культурами, ведут к масштабному кризису в будущем — проблеме питания. Потребуется ускоренное производство продуктов.
Система живой природы
Биология – наука, которая исследует и анализирует свойства живых систем. Тем не менее определить, что конкретно входит в эту сферу, непросто. Для этого ученые выявили несколько признаков, по которым организм можно считать живым. Основными из этих свойств являются обмен веществ или метаболизм, способность к самовоспроизведению и саморегуляции. С помощью науки человек познает окружающий его живой мир. Но, кроме изучающей функции, есть у биологии и практическое значение. Соблюдение ее законов помогает понять то, что живая природа – это система, в которой все взаимосвязано, и нужно сохранять баланс разнообразных видов существ. Если потерять лишь один вид из нее, вред будет причинен всем остальным звеньям. Эти познания – весомые аргументы для убеждения человечества в надобности и важности сбережения экологического баланса.
Человек как биологический вид
Еще один подраздел – это сфера исследования организма высших существ. Биология в жизни человека служит базисом для развития медицины, предоставляя возможность определить свойства и устройство организма. Нам как представителям определенного биологического вида необходимо знать элементарные особенности своего тела, чтобы успешно существовать в современном мире и делать верный выбор. Эта информация поможет разобраться в том, как следует устроить свое питание, распределить правильно физическую и умственную нагрузки, как сберечь собственное здоровье. Рациональное использование резервов человеческого организма способно существенно повысить его работоспособность.
Основные направления современной биологии
Знание законов существования живых организмов помогает человечеству вывести новые виды, более приспособленные для выращивания в неприродной среде. Значение биологии как науки неоспоримо. Благодаря использованию ее законов, существенно возросли урожаи культур и производство мяса, что так необходимо в период истощения природных запасов. Перед человечеством постоянно стоит множество существенных вопросов: «как преодолеть неизлечимые заболевания», «как не допустить голода», «как продлить жизнь», «как научится дышать без кислорода». Ответы может подсказать только сама природа, если постоянно исследовать животных и растительный мир. В середине ХХ века появился отдельный раздел биологии – генетика. Это наука об информации, хранящейся на хромосоме, как фильм на CD-носителе. Она объясняет, от чего зависит длительность жизни, какие заболевания есть у конкретного индивидуума, как, изменяя генную последовательность, можно умножить некоторые положительные свойства и нейтрализовать негативные (например, модификация сои увеличивает урожайность и уменьшает срок созревания).
Биоэнергетика
Еще одна разновидность биологии, которая изучает вопросы потребления и производства энергии живыми организмами. Зеленые растения питаются углекислым газом и выделяют, кроме бесценного кислорода, определенную часть энергии, поглощая солнечный свет. Эти факторы процесса производства кислорода растениями были взяты в основу производства солнечных батарей.
Природа – лучший изобретатель
Даже такие обычные и простые разделы биологии, как ботаника и зоология, принесли в свое время немалую пользу для будущего:
Переоценить значение биологии в медицине невозможно. Например, пытаясь спасти человечество от ветряной оспы, ученым пришлось внимательно следить за течением заболевания, определять, есть ли выжившие после нее, какие изменения произошли в организмах переболевших пациентов. Так были разработаны первые вакцины – профилактическое внедрение в организм ослабленных бактерий оспы для создания стойкого иммунитета. Современные биологи всего мира ломают голову, как бороться с онкологией, СПИДом и другими смертельными на сегодняшний день заболеваниями. Но для науки это лишь вопрос времени.
Прогресс не стоит на месте
Современное возросшее значение биологии как науки применяется в нескольких течениях. На сегодняшний день усовершенствованы технологии определения структуры биополимеров. Обнаружен способ считывания и анализа генетической информации, в том числе определения нуклеотидных последовательностей ДНК. Следуя этому, человечество стоит на пути практически полного раскодирования генетической информации, которая содержится в его хромосомах. Это является одним из основных достижений биологии.
Так открываются возможности для изобретения новых технологий лечения и профилактики разных недугов. Кроме того, сегодня роль биологии в современном обществе заключается в целенаправленном создании химических веществ с предварительно запрограммированными свойствами, что позволит выявлять и изготовлять новые и эффективные виды медикаментов.
К нынешним достижениям биологии и медицины принадлежит также создание искусственных органов. Сегодня ученые-медики заняты производством и применением синтетических мышц, презентуют искусственно выращенные ткани печени и клапаны сердца.
Биогаз
Биология в жизни человека способна решать и энергетические задачи. Одним из самых прогрессивных способов добычи энергии из растений считается выработка метана. Он образуется из биомассы при отсутствии контакта с воздухом. Многие фермерские хозяйства используют отходы растительного и животного мира для выработки метана на специальных биогазовых установках. С их помощь можно отапливать приусадебные строения. Работа таких агрегатов оставляет чистой окружающую среду, а их использование требует минимальных расходов.
Лечебная сила природы
Человек и природа едины. Могучие дубы, белые березы, гигантские сосны и ели, девственные заросли боярышника, малины, кизила, бузины черной и красной, облепихи и акации, лещины и шиповника – все эти лесные породы деревьев и лечебные ягоды широко используются в народной и традиционной медицине. Фитонциды дикого лука, чеснока, черемухи, ореха, эвкалипта, эфирные масла кедра, сосны, ели насыщают лесной воздух неповторимым лечебным ароматом. Фитотерапия помогает выздороветь больным сердечно-сосудистыми заболеваниями, нервно-психическими расстройствами, болезнями опорно-двигательного аппарата, мочеполовой, дыхательной, секреторно-гормональной систем.
Природные средства лечения заболеваний позволяют совмещать активную профилактику с терапией определенной болезни. Эти лекарства человек получает в первую очередь из растений. Их целебная сила передается больному, помогая преодолеть болезнь. Человек должен быть благодарен природе за бесценные дары, которые она щедро рассыпала повсюду.
С каждым днем практическое значение биологии в жизнедеятельности человека возрастает. Современная наука использует целый арсенал лекарственных растений, способных оказывать терапевтическое действие и предупреждать многие болезни человека. Дальнейшее развитие современного мира реально только в единстве с природой, с активным использованием биотехнологий. Для достижения поставленных целей не обойтись без глубочайших познаний закономерностей естественного мира.
Особенности биологии как науки: биологические знания и их значение
Что такое биология?
Особенности биологии как науки
Биология — наука о жизни: она изучает ее формы и закономерности развития.
В биологии предметом изучения выступает многообразие живых существ, вымерших и до сегодняшнего дня населяющих Землю, а также их молекулярное, анатомическое и морфологическое строение, функции, особенности индивидуального развития, эволюция, происхождение, распространение, взаимодействие между собой и с окружающим миром.
Биология занимается исследованием общих закономерностей и свойств жизни в любых ее проявлениях: от обмена веществ и энергии, развития и роста, до наследственности и изменчивости, продолжения рода, саморегуляции и дискретности.
Живой мир включает в себя несколько царств:
В клетках растений, грибов и животных есть сформированное ядро, поэтому они относятся к другим видам организмов — эукариотам.
Отдельно выделяют вирусы, которые представляют собой доклеточные организмы. Они могут проявлять свойства живого организма только в тех случаях, когда находятся в клетках других организмов.
Биологические знания и их значение
Значение биологии в жизни человека сложно переоценить. Имея знания об историческом развитии органического мира — начиная молекулярным и заканчивая биогеоценотическим уровнями — видна роль этих знаний в формировании материалистического мировоззрения. Также биологические знания дают понимание основополагающих философских и методологических проблем, таких как форма, содержание, целостность, прогресс в природе и др.
С помощью биологических знаний решаются жизненно важные практические проблемы. Стремительный рост населения, сокращения сельскохозяйственных площадей — причины возникновения глобальной проблемы современности: перепроизводства пищи.
Бороться с этой проблемой можно с помощью растениеводства и животноводства, основывающихся на достижениях генетики и селекции. Опираясь на законы наследственности и изменчивости, можно создавать высокопродуктивные породы домашних животных и сорта культурных растений. Как результат — более интенсивное сельскохозяйственное производство и удовлетворение глобальных потребностей населения в пищевых ресурсах.
Значение биологии в различных областях на практике
Биологические знания помогают бороться с паразитами, атакующими животных, и вредителями растительных культур, а также заболеваниями этих культур. Совершенствование лесного и рыбного хозяйств, животноводства — то, где биологические знания находят свое непосредственное применение.
Нашли практическое применение биологические знания и в промышленной области: биологически осуществляют синтез аминокислот, кормовых белков, ферментов, витаминов, стимуляторов роста и средств защиты растений, органических кислот и др.
Учеными в области генетики были созданы растения, отличающиеся повышенной стойкостью к заболеваниям и способностью фиксировать атмосферный азот.
Генные инженеры разработали биотехнологии, имеющие непосредственное отношение к производству биологически активных веществ: инсулина, антибиотиков, интерферона, новых вакцин для профилактики заболеваний человека и животных.
Теоретическое значение биологических знаний
Теоретическое значение биологии находят непосредственное применение в медицине: они определяют уровень современной медицинской науки. Генетические исследования помогли разработать методы ранней диагностики, лечения и профилактики различных наследственных заболеваний — таких как гемофилия, альбинизм, бесплодность и прочие. Теория в биологии толкает медицину развиваться.
Благодаря современным биологическим исследованиям решились такие важные вопросы и боли современности как охрана окружающей среды, рациональное использование природных ресурсов, повышение продуктивности растительного мира. За счет биологических исследований предвидятся и исключаются негативные последствия, связанные с влиянием человека на природу — загрязнение среды вредными веществами. Кроме того, такие исследования помогают определиться с рациональным использованием биосферных резервов.
Можно сказать, что цель биологии — обеспечить сохранность биосферы и способности природы самовоспроизводиться.
Роль биологии в жизни человека биология как наука
Биология – наука, изучающая свойства живых систем. Однако определить, что такое живая система, достаточно сложно. Именно поэтому ученые установили несколько критериев, по которым организм можно отнести к живым. Главными из этих критериев являются обмен веществ или метаболизм, самовоспроизведение и саморегуляция.
Понятие наука определяется, как «сфера человеческой деятельности по получению, систематизации объективных знаний о действительности». В соответствии с этим определением объектом науки – биологии является жизнь во всех ее проявлениях и формах, а также на разных уровнях.
Каждая наука, в том числе и биология, пользуется определенными методами исследования. Некоторые из них универсальны для всех наук, например такие, как наблюдение, выдвижение и проверка гипотез, построение теорий. Другие научные методы могут быть использованы только определенной наукой: генеалогический, гибридизация, метод культуры тканей и т.д.
Биология тесно связана с другими науками – химией, физикой, экологией, географией. Собственно биология делится на множество частных наук, изучающих различные биологические объекты: биология растений и животных, физиология растений, морфология, генетика, систематика, селекция, микология, гельминтология и множество других наук.
Метод – это путь исследования, который проходит ученый, решая какую-либо научную задачу, проблему.
Методы науки:
1.Универсальные:
Моделирование – метод, при котором создается некий образ объекта, модель, с помощью которой ученые получают необходимые сведения об объекте (Джеймс Уотсон и Френсис Крик создали из пластмассовых элементов модель – двойную спираль ДНК, отвечающую данным рентгенологических и биохимических исследований. Эта модель вполне удовлетворяла требованиям, предъявляемым к ДНК).
Наблюдение – метод, с помощью которого исследователь собирает информацию об объекте (можно визуально наблюдать за поведением животных, с помощью приборов за изменениями в живых объектах, за сезонными изменениями в природе). Выводы, сделанные наблюдателем, проверяются либо повторными наблюдениями, либо экспериментально.
Эксперимент (опыт) – метод, с помощью которого проверяют результаты наблюдений, выдвинутые предположения – гипотезы (получение новых знаний с помощью поставленного опыта). Примеры экспериментов: скрещивания животных или растений с целью получения нового сорта или породы, проверка нового лекарства.
Проблема – вопрос, задача, требующие решения. Решение проблемы ведет к получению нового знания. Научная проблема всегда скрывает какое-то противоречие между известным и неизвестным. Решение проблемы требует от ученого сбора фактов, их анализа, систематизации.
Сформулировать проблему бывает достаточно сложно, однако всегда, когда есть затруднение, противоречие, появляется проблема.
Гипотеза – предположение, предварительное решение поставленной проблемы. Выдвигая гипотезы, исследователь ищет взаимосвязи между фактами, явлениями, процессами. Именно поэтому гипотеза чаще всего имеет форму предположения: «если … тогда». Гипотеза проверяется экспериментально.
Теория – это обобщение основных идей в какой-либо научной области знания. Со временем теории дополняются новыми данными, развиваются. Некоторые теории могут опровергаться новыми фактами. Верные научные теории подтверждаются практикой.
2.Частные научные методы:
Генеалогический – применяется при составлении родословных людей, выявлении характера наследования некоторых признаков.
Исторический – установление взаимосвязей между фактами, процессами, явлениями, происходившими на протяжении исторически длительного времени (несколько миллиардов лет).
Палеонтологический – метод, позволяющий выяснить родство между древними организмами, останки которых находятся в земной коре, в разных геологических слоях.
Центрифугирование – разделение смесей на составные части под действием центробежной силы. Применяется при разделении органоидов клетки, легких и тяжелых фракций (составляющих) органических веществ и т.д.
Цитологический или цитогенетический – исследование строения клетки, ее структур с помощью различных микроскопов.
Биохимический – исследование химических процессов, происходящих в организме.
Каждая частная биологическая наука (ботаника, зоология, анатомия и физиология, цитология, эмбриология, генетика, селекция, экология и другие) пользуется своими более частными методами исследования.
У каждой науки есть объект и предмет исследования.
У биологии объектом исследования является ЖИЗНЬ. Предмет изучения науки всегда несколько уже, ограниченнее, чем объект. Так, например, кого-то из ученых интересует обмен веществ организмов. Тогда объектом изучения будет жизнь, а предметом изучения – обмен веществ. С другой стороны, обмен веществ тоже может быть объектом исследования, но тогда предметом исследования будет одна из его характеристик, например обмен белков, или жиров, или углеводов.
Биологическая система
– целостная система компонентов, выполняющих определенную функцию в живых системах. К биологическим системам относятся сложные системы разного уровня организации: биологические макромолекулы, субклеточные органеллы, клетки, органы, организмы, популяции.
Признаки биологических систем
– критерии, отличающие биологические системы от объектов неживой природы:
1. Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. В неживой природе самыми распространенными элементами являются кремний, железо, магний, алюминий, кислород. В живых же организмах 98% элементарного (атомного) состава приходится на долю всего четырех элементов: углерода, кислорода, азота и водорода.
2. Обмен веществ. К обмену веществ с окружающей средой способны все живые организмы. Они поглощают из среды элементы питания и выделяют продукты жизнедеятельности. В неживой природе также существует обмен веществами, однако при небиологическом круговороте они просто переносятся с одного места на другое или меняют свое агрегатное состояние: например, смыв почвы, превращение воды в пар или лед и др. У живых же организмов обмен веществ имеет качественно иной уровень. В круговороте органических веществ самыми существенными являются процессы синтеза и распада (ассимиляция и диссимиляция – см. дальше), в результате которых сложные вещества распадаются на более простые и выделяется энергия, необходимая для реакций синтеза новых сложных веществ.
Обмен веществ обеспечивает относительное постоянство химического состава всех частей организма и как следствие – постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.
3. Самовоспроизведение (репродукция, размножение) – свойство организмов воспроизводить себе подобных. Процесс самовоспроизведения осуществляется практически на всех уровнях жизни. Существование каждой отдельно взятой биологической системы ограничено во времени, поэтому поддержание жизни связано с самовоспроизведением. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, обусловленное информацией, заложенной в нуклеиновой кислоте – ДНК, которая находится в родительских клетках.
4. Наследственность – способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Наследственность обеспечивается стабильностью ДНК и воспроизведением ее химического строения с высокой точностью. Материальными структурами наследственности, передаваемыми от родителей потомкам, являются хромосомы и гены.
5. Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства; в ее основе лежат изменения материальных структур наследственности. Это свойство как бы противоположно наследственности, но вместе с тем тесно связано с ней. Изменчивость поставляет разнообразный материал для отбора особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования, что, в свою очередь, приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.
6. Рост и развитие. Способность к развитию – всеобщее свойство материи. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой и неживой природы. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта, изменяется его состав или структура. Развитие живой формы материи представлено индивидуальным развитием (онтогенезом) и историческим развитием (филогенезом). Филогенез всего органического мира называют эволюцией.
На протяжении онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организмов. В основе этого лежит поэтапная реализация наследственных программ. Индивидуальное развитие часто сопровождается ростом – увеличением линейных размеров и массы всей особи и ее отдельных органов за счет увеличения размеров и количества клеток.
Историческое развитие сопровождается образование новых видов и прогрессивным усложнением жизни. В результате эволюции возникло все многообразие живых организмов на Земле.
7. Раздражимость – это специфические избирательные ответные реакции организмов на изменения окружающей среды. Всякое изменение окружающих организм условий представляет собой по отношению к нему раздражение, а его ответная реакция является проявлением раздражимости. Отвечая на воздействия факторов среды, организмы взаимодействуют с ней и приспосабливаются к ней, что помогает им выжить.
Реакции многоклеточных животных на раздражители, осуществляемые и контролируемые центральной нервной системой, называются рефлексами. Организмы, не имеющие нервной системы, лишены рефлексов, и их реакции выражаются в изменении характера движения (таксисы) или роста (тропизмы).
8. Дискретность (от лат. discretus – разделенный). Любая биологическая система состоит из отдельных изолированных, то есть обособленных или отграниченных в пространстве, но тем не менее, тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Так, любая особь состоит из отдельных клеток с их особыми свойствами, а в клетках также дискретно представлены органоиды и другие внутриклеточные образования.
Дискретность строения организма – основа его структурной упорядоченности. Она создает возможность постоянного самообновления системы путем замены износившихся структурных элементов без прекращения функционирования всей системы в целом.
9. Саморегуляция (авторегуляция) – способность живых организмов поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов (гомеостаз). Саморегуляция осуществляется благодаря деятельности нервной, эндокринной и некоторых других регуляторных систем. Сигналом для включения той или иной регуляторной системы может быть изменение концентрации какого-либо вещества или состояния какой-либо системы.
10. Ритмичность – свойство, присущее как живой, так и неживой природе. Оно обусловлено различными космическими и планетарными причинами: вращением Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси, фазами Луны и т.д.
Ритмичность проявляется в периодических изменениях интенсивности физиологических функций и формообразовательных процессов через определенные равные промежутки времени. Хорошо известны суточные ритмы сна и бодрствования у человека, сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих и многие другие. Ритмичность направлена на согласование функций организма с периодически меняющимися условиями жизни.
Уровни организации живых систем отражают соподчиненность, иерархичность структурной организации жизни; отличаются друг от друга сложностью организации системы (клетка устроена проще по сравнению с многоклеточным организмом или популяцией).
Уровень жизни – это форма и способ ее существования (вирус существует в виде молекулы ДНК или РНК, заключенной в белковую оболочку – форма существования вируса. Однако свойства живой системы вирус проявляет, только попав в клетку другого организма, где он размножается – способ его существования).
| Уровни организации |