Короткий історичний нарис розвитку
біології
1. Період практичних донаукових знань (від кам’яного віку до рубежу XV - XVI ст.).
- Гіпократ (близько 460-377
рр. до н.е.) зібрав відомості про будову тварин і людини, описав кістки, м’язи,
сухожилля, головний та спинний мозок;
- Арістотель (384 - 322 рр.
до н.е.) давньогрецький філософ і вчений, описав понад 500 видів тварин, заклав
основи зоології. Вважається основоположником (“батьком”) зоології, біології, фізики і
психології. Вважав що жива матерія виникла з неживої;
- Теофраст (372 - 287 рр. до
н.е.) давньогрецький природодослідник і філософ, зробив першу спробу
систематизації знань про рослини, батько ботаніки.
- Гален Клавдій (близько 131
- 211 рр. до н.е.) римський лікар та природодослідник, розширив знання про
будову людського тіла, виявив існування доцентрових та відцентрових нервових
волокон, вказав на зв’язок між будовою та функцією органа. Першим проводив
публічні лекції з розтином трупів.;
2. Описовий
період (від рубежу XV - XVI до середини XІX ст.)
- Карл Лінней (1707 - 1778)
швецький природодослідник, творець першої наукової класифікації;
- Джон Рей (1628 - 1705) англійський
натураліст, сформулював одне з перших наукових визначень виду.
- Марчелло Мальпігі (1628 -
1694) італійський біолог і лікар, один з основоположників мікроскопічної
анатомії, вивчав кровоносні судини, відкрив капілярний кровообіг, описав будову
селезінки, нирок та легень.
- Андреас Везалій (1514 -
1564) анатом епохи відродження, засновник описової анатомії, вперше дав
науковий опис будови людського тіла, уточнив наукову термінологію.
- Рене Декарт (1596 - 1650)
французький філософ і фізіолог, наблизився до розуміння ролі нервової системи,
висунув ідею рефлексу.
- В. Гарвей (1578 - 1657)
французький лікар, описав роботу серця і кровообіг.
3. Каузальний
період (від
середини XІX до середини XX ст.)
Це період синтезу наукових
біологічних знань. Прикладом є створення теорії еволюції Ч. Дарвіна. Теодор Шванн формулює клітинну теорію будови живого (1838 рік). Жан
Батіст Ламарк (1809р.) – перша еволюційна гіпотеза. Ернст Геккель – вчення про
філогенічні ряди. Грегор Мендель – основи генетики (1865 р.) Назву науки
"Генетика" запропонував у 1907 р. англійський дослідник Уільям
Бетсон. Томас Хант Морган – хромосомна теорія спадковості.
4.
Реконструктивний період (сучасний).
Проникнення в біологічний
мікросвіт і розкриття суті біологічних процесів на різних рівнях організації
живих систем. Бурхливо розвиваються науки молекулярна біологія, генетична інженерія, біотехнологія. Біологія
набуває конструкторського змісту. Не просто дослідження існуючих, а
конструювання нових систем. Початок всьому – відкриття будови молекули ДНК
(1953 р.) Джеймс Уотсон, Френсіс Крік, Морріс Уілкінс (за це в 1962 році їм
присуджено Нобелівську премію). Протягом 1961-1965 років лауреатами
Нобелівської премії американцями Маршаллом Ніренбергом, Робертом Холлі, та
індійським біохіміком Хара Гобінда Хорани було розшифровано генетичний код і з¢ясовано його роль у синтезі білків.
Видатні вчені-біологи України
Мечніков
І.І. (1845-1916) - один з основоположників еволюційної ембріології, порівняльної
патології, мікробіології. У 1883 р. відкрив явище фагоцитозу, за що йому було
присуджено Нобелівську премію (1908 р.)
Навашин С.Г. (1857 - 1930) - цитолог і ембріолог, відкрив
подвійне запліднення у квіткових рослин (1898) та хромосоми-супутники. (Сергій Гаврилович).
Вернадський В.І. (1863-1945) - основоположник геохімії та
біогеохімії розробив вчення про біосферу
(1926, 1944).
Шмальгаузен 1.1. (1884-1963) - зоолог, морфолог,
досліджував питання еволюційної морфології, експериментальної зоології.
Добржанський Т.Г. (1900-1981) - видатний генетик, автор робіт з генетики
популяцій і теорії гетерозису, працював в США.
Іван
Верхратський (1846-1919) —
засновник українського природознавства, автор природничої номенклатури та
термінології, ентомолог (автор праць «Додатки до фауни метеликів». «Метелики з
околиць Львова», «Великі метелики із Станіслава» тощо), дослідник орніто- та
іхтіофауни України, автор понад двохсот наукових, навчальних та
науково-популярних праць, перших шкільних підручників українською мовою з
природознавства, один з перших дійсних та почесних членів Наукового товариства
ім. Т. Шевченка (НТШ).
Микола
Мельник (1873-1954) —
український природодослідник, систематик, спеціалізувався на евгленових та
вольвоксових; автор підручників з ботаніки, мінералогії, зоології, оригінальних
карт розповсюдження рослинних формацій на всій території проживання
українського етносу. Серед публікацій найбільш вагомою є «Словник української
номенклатури вищих рослин». Член НТШ.
Григорій
Левицький (1878-1942) — ботанік,
учень С. Г. Навашина, займався вивченням морфології хромосом та їх еволюційних
змін, одним з перших приступив до вивчення їх мінливості, першим встановив
наявність мітохондрій в рослинних клітинах. Автор навчальних посібників
«Матеріальні основи спадковості». Член НТШ.
Остап
Волощак (1835-1918) — ботанік,
флорист; досліджував маловивчену флору Східних Карпат, займався географією
рослин, зібрав величезний гербарний матеріал, систематизував його, уперше
виявив зростання в Карпатах деяких видів мохів; автор понад 40 наукових праць.
Член НТШ.
Маріан
Ломницький (1845-1915) — зоолог;
вивчав фауну Західної України, видав перший каталог жуків Галичини, встановив
300 невідомих раніше видів і форм, вивчав птахів України, дослідив явище
симбіозу річкового рака і моховатки, особливу увагу приділяв вивченню викопних
ссавців. Член НТШ.
Володимир
Бригідер (1889-1932) — зоолог,
автор праць з будови клітини, генетики, гігієни та охорони природи. Член НТШ.
Володимир
Арциховський (1876-1931) — ботанік,
фізіолог рослин, вивчав стерилізуючу дію отрут на насіння, водний режим
деревних порід, розробив нові методи визначення всисної сили різних органів
рослин, метод повітряної культури рослин (аеропоніки).
Євген
Вотчал (1864-1937) — фізіолог
рослин, обґрунтував теорію пересування води в рослині за допомогою верхнього і
нижнього кінцевих двигунів, вивчав фотосинтез і транспірацію сільськогосподарських
рослин, заклав основи польової фізіології, теорії урожайності і посухостійкості
сільськогосподарських рослин.
Микола Бобрецький (1843-1907) — зоолог; основні праці
присвячені ембріології безхребетних, зокрема багатощетинкових червів,
членистоногих, молюсків, які підтвердили правильність теорії зародкових
листків, розробленої О. О. Ковалевським та І. І. Мечніковим
Володимир
Бец (1834 -1894) − анатом і гістолог; вивчав механізм кровообігу в печінці, будову наднирників, запропонував нові методи дослідження
топографії і анатомії мозку людини, першим описав рухову зону кори головного
мозку, висунув положення про взаємозв'язок диференціації кори та локалізації
функцій в ній, дослідив ріст і розвиток кісток.
Володимир
Воробйов (1876-1937) — анатом,
основні роботи присвячені розвитку вчення про цілісність організмів, розробив
макро-мікроскопічний метод дослідження тканин, основоположник стереоморфології,
склав карту вегетативних нервових вузлів і сплетінь, разом із Б. І. Зберським
розробив новий ефективний метод бальзамування, який був застосований для
збереження тіла В. І. Леніна та Г. М. Димитрова.
Яків Бардах (1857-1929) — мікробіолог, вивчав збудників
сказу, дифтерії, черевного і поворотного тифу, незалежно від Е. Берінга
розробив метод виготовлення протидифтерійної сироватки, досліджував роль
клітинного імунітету в імуногенезі.
Василь
Чаговець (1873-1941) —
фізіолог, запропонував іонну теорію проходження біоелектричних явищ у живій
тканині, розробив та впровадив у практику електрогастрографію — метод
реєстрації електричних потенціалів шлунку, один з основоположників сучасної
електрофізіології.
Олександр
Безредка (1870-1940) —
мікробіолог та імунолог, вивчав механізми розвитку інфекцій в організмі,
досліджував участь лейкоцитів в імунітеті, розробив спосіб місцевої імунізації,
який широко застосовувався для профілактики деяких захворювань.
Зеров
Дмитро Костянтинович (1895—1971)
— ботанік-бріолог і філогеніст; вивчав флору сфагнових та печіночних мохів
України.
Клоков
Михайло Васильович (1896-1981) —
ботанік-систсматик і флорист; розвинув вчення про географічні раси рослин як
елементарні основні природні одиниці в еволюції рослинного світу.
Значення
досягнень біологічної науки в житті людини і суспільства
В сільськогосподарському виробництві для цілого ряду спеціальних дисциплін
агрономії, зоотехнії та ветеринарії.
а) знання законів спадковості і мінливості дозволяє
створити високопродуктивні сорти рослин і породи тварин, що відіграє
першочергову роль у вирішенні проблем забезпечення населення продуктами
харчування;
б) біологічні знання допомагають в боротьбі з хворобами і
шкідниками рослин, бур'янами та паразитами тварин;
в) використання методів генної інженерії дозволяє створити
рослини з підвищеною стійкістю проти хвороб, шкідників та гербіцидів,
поліпшеною якістю продукції.
У промисловості - без знань
біологічних дисциплін неможливі легка, харчова, медична та хімічна промисловість:
а) на біологічних
процесах базується випікання хліба, виробництво кисломолочних продуктів, сироваріння, виробництво пива, вина,
спирту;
б) на основі біологічного синтезу виробляються вітаміни,
ферменти, органічні кислоти, кормові дріжджі;
в) застосування
генної інженерії дозволило організувати виробництво біологічно активних речовин
- антибіотиків, інсуліну, інтерферону, соматотропіну тощо.
В
медицині:
а) глибокого вивчення життєвих процесів і механізмів на
клітинному та організмовому рівнях вимагає розробка методів попередження і
лікування таких тяжких хвороб людини, як серцево-судинні та злоякісні
утворення;
б) Україна вступила у третє тисячоліття з епідеміями
туберкульозу та СНІДу і на найближчі роки боротьба з цими хворобами стане
першочерговою;
в) збудниками більшості хвороб людини є живі організми,
тому необхідні глибокі знання біології хвороботворних організмів.
Елементарний склад клітин живих організмів
В клітинах живих
організмів виявлено понад 70 елементів періодичної системи Д.Т. Менделєєва, які
за кількісним складом - можна поділити на 4 групи:
1)
Органогенні елементи - О,
С. Н, N. На них припадає майже 98% хімічного вмісту клітини. Вони легко
утворюють ковалентні зв'язки з атомами інших елементів.
|
ОКСИГЕН (О)
|
вміст у клітині 65-75%;
входить до складу молекул води і органічних сполук, забезпечує реакції окиснення.
|
|
КАРБОН (С)
|
вміст у клітині
15-18%; входить до складу молекул органічних речовин, кісток, черепашок.
|
|
ГІДРОГЕН (Н)
|
вміст у клітині 8-10%,
компонент води і органічних сполук.
|
|
НІТРОГЕН (N)
|
вміст у клітині
1,5-3,0%; структурний компонент амінокислот, білків; нуклеїнових кислот, АТФ,
хлорофілу, вітамінів.
|
2). Макроелементи
– сюди відносять ті ж
органогенні елементи та Р, К, S, СІ, Na, Мg, Fе, масова частка яких становить 1,9%.. Разом
макроелементів у клітині 99,9 %.. Вони є основними складовими органічних
сполук.
|
ФОСФОР (Р)
|
входить до складу
мембранних структур клітини, білків, нуклеїнових кислот, АТФ, ферментів, кісток зубної емалі.
|
|
КАЛІЙ (К)
|
основний
позитивно заряджений іон в організмі тварин; забезпечує транспорт речовин
через клітинні мембрани, зумовлює нормальний ритм серцевої діяльності.
|
|
СУЛЬФУР (S)
|
входить до складу
амінокислот, білків, вітаміна В, і деяких ферментів.
|
|
ХЛОР (СІ)
|
основний негативно
заряджений іон в організмі тварин та людини, входить до складу хлоридної
кислоти шлункового соку.
|
|
КАЛЬЦІЙ (Са)
|
входить до складу
клітинної стінки у рослин; кісток, зубної емалі, черепашок, активізує
згортання крові, регулює скорочення м'язів, діяльність серця людини і тварин;
|
|
НАТРІЙ (Nа)
|
головний внутрішньоклітинний
позитивно заряджений іон, забезпечує транспорт речовин через клітинні мембрани, нормальний ритм серцевої
діяльності.
|
|
МАГНІЙ (Мg)
|
структурний компонент
хлорофілу, а також кісток і зубів, активізує енергетичний обмін, синтез ДНК;
|
|
ФЕРУМ (Fе)
|
входить до складу
багатьох ферментів, гемоглобіну і міоглобіну, бере участь в синтезі
хлорофілу, в процесах дихання і фотосинтезу.
|
3) Мікроелементи
- Zn, Мn, Со, Сu, Мо, Сг, Вг, J (всього понад 60); вміст кожного з них у клітині
менший 0,001%. Відіграють важливу роль в процесах життєдіяльності, входять
до складу ферментів,
гормонів, дихальних пігментів, емалі зубів.
4) Ультрамікроелементи
- U, Аn, Аg, Ве, Rа та ін.,
вміст кожного з них у клітині менше 0, 000001%,
Більшість з них визнані
необхідними для життєдіяльності рослин
і тварин, хоч фізіологічна роль їх в організмах поки що не встановлена.
Поки детально з"ясовано функції лише приблизно ЗО елементів.
" Роль
води в життєдіяльності організмів "
Структура, властивості та функції води
Вода є найважливішою неорганічною
сполукою, жоден із існуючих організмів не може обходитись без води, тому що
вона бере участь у всіх процесах життєдіяльності.
а) Вміст води в живих організмах:
•
В середньому в клітинах живих організмів біля 80% води. Вміст води в різних
тканинах і органах рослини може змінюватись від 8-9% у сухій насінині до 80-95%
у молодих листочках.
• Чим більше а клітині води, тим інтенсивніший
а ній обмін речовин: у 1,5 місячного ембріону людини вміст води становить
97,5%, у новонародженої дитини-74%, у дорослої людини - в середньому 66%, а в
клітинах людей похилого і старечого віку-60%.
• Вміст води залежить від виду тканини: в
нервових клітинах людини - 85%, в жирових - 70%, у кістках - 20%.
•
При втраті організмом: людини 20% води може наступити смерть, а без споживання
води людина може прожити не більше 14 днів.
•
Із зменшенням води до критичного рівня живі організми переходять у стан
анабіозу.
б) Надходження до клітини:
У рослин - із навколишнього
середовища, у тварин - із навколишнього середовища і утворюється безпосередньо в клітині при розщепленні білків,
вуглеводів і ліпідів.
в)
Місцезнаходження і перетворення:
В цитоплазмі
клітини, вакуолях, матриксі,
органелах, ядерному соку,
клітинній стінці,
міжклітинниках. Вступає в реакції синтезу, гідролізу та окислення.
г)
Структура молекули води:
Вода має унікальні хімічні та фізичні
властивості, що визначаються структурою її молекули.
• Молекула води (Н2О) складається з
двох атомів Гідрогену, сполучених з атомом Оксигену міцним ковалентним зв'язком, який виникає між атомами
Гідрогену та Оксигену за рахунок утворення спільної пари електронів по одному
від кожного атома. Кут між атомами Гідрогену по відношенню до атома Оксисену
складає 104,45 0.
•
Загалом молекула води електронейтральна, бо на її різних полюсах розташовані
позитивний та негативний заряди, тобто вона полярна (диполь).
•
Зв'язок між двома
сусідніми молекулами води водневий за рахунок електростатичної взаємодії між
частково негативним зарядом на атомі Оксигену однієї молекули, та частково
позитивним зарядом на атомі Гідрогену іншої. Водневий зв'язок в 15-20 разів слабший, ніж
ковалентний. Тому водневі зв'язки легко розриваються (тепловий рух молекул у
воді, випаровування води).
•
Природний Гідроген, що входить до складу води, складається з трьох нуклідів:
двох стійких (протію й дейтерію) та радіоактивного
нукліду тритію. При заміні атомів гідрогену на атоми дейтерію
утворюється важка вода.
д) Властивості води:
•
Вода в клітинах може бути у формі: зв'язаної (структурованої) води -
4-5% та вільної - 95-96%; Вільна вода є універсальним розчинником.
•
Вода - найкращий розчинник із відомих рідин. Усі речовині поділяють на такі, що
здатні добре розчинятися у воді -гідрофільні, або полярні, та
нерозчинні у воді -гідрофобні, або неполярні. До гідрофільних сполук належать
багато кристалічних солей і кислоти, луги, спирти, аміни, вуглеводи, деякі
білки та ін. Гідрофобні сполуки (майже всі ліпіди, деякі білки) входять до складу
біомембран - які можуть розділяти окремі ділянки всередині клітини
(компартменти) або цілі клітини. Є ще третя група сполук по відношенню до води –амфіфільні
наприклад фосфоліпіди (сполуки ліпідів із залишками ортофосфатної кислоти),
ліпопротеїди (сполуки ліпідів з білками), багато білків. Одна частина молекули
цих сполук виявляє гідрофільні властивості, інша — гідрофобні.
•
Вода має високу теплопровідність. Завдяки цьому температура всього тіла
теплокровних тварин практично однакова а перепади її зводяться до мінімуму.
• Велика теплоємність води (у 5-30 разів більша, ніж в інших
речовин) запобігає різким змінам температури в клітинах і організмі в цілому за
значних її коливань у навколишньому середовищі.
• Воді властива велика теплота
випаровування. Випаровуючись, вона охолоджує тіло, з якого випаровується
(транспірація у рослин, потовиділення та теплова задишка у тварин).
• Вода має вишку температуру кипіння. Ця
властивість робить можливим існування живих організмів у земних умовах
(температура на поверхні Землі рідко сягає 100°С).
•
Вода має максимальну густину при 4°С . Під час замерзання об'єм води
різко зростає (на 11 %), тому тверда вода (лід) і легша від рідкої, що має
життєво важливе значення для організмів, котрі зимують у водоймищах.
• Вода відрізняється великим поверхневим
натягом (лише у ртуті величина поверхневого натягу більша, ніжу води) і значною
величиною прилипання. Це забезпечує, зокрема, збереження форми живих
клітин, транспорт води судинами ксилеми рослин (на висоту до 100 і більше метрів),
можливість існування деяких організмів на водній поверхні (ряска, водомірки
тощо). Спробуйте вдома: голка не тоне на поверхні води!
• Вода під впливом розчинних
речовин може змінювати температуру замерзання і кипіння, що має важливе
біологічне значення (у клітинах рослин і холоднокровних тварин із настанням зими підвищується концентрація розчинів вуглеводів та гліцерину, що запобігає замерзанню - цих організмів),
є)
Основні біологічні функції води:
•
розчинник біологічних молекул та іонів;
•
регулятор теплового балансу в організмі;
•
транспортна - перенесення продуктів метаболізму;
•
механічна - збереження внутрішнього тиску та форми клітини;
•
метаболічна - як субстрат при синтезі та розпаді біологічних речовин;
•
електронодонорна - як джерело електронів при фотосинтезі.
2. Водний
баланс людини
Вміст води в організмі
людини становить близько 65%. Втрата 20% від її кількості призводить до смерті.
Кожному виду організмів притаманний водний
баланс — певне співвідношення між надходженням води та її витрачанням.
Якщо витрати води перевищують її надходження до організму, спостерігається водний дефіцит. Відбувається
зневоднення організму (дегідратація).
|
Оскільки організм людини щоденно витрачає приблизно 2—2,5 л води (вона
виводиться з неперетравленими рештками їжею, сечею, потом, випаровується з поверхні слизових оболонок ротової
порожнини та дихальних шляхів), то така сама її кількість мас постійно
надходити туди.
|
Шляхи отримання води в організмі людини:
1. Близько 1
л з продуктами харчування;
2. 300 мл – метаболічна вода;
3. Решта - людина має випивати.
Це за нормальних умов. В екстремальних умовах потреба у воді може
зростати до 20 л
на добу. Відчуття спраги виникає, якщо організм людини втрачає близько 1 %
вологи свого тіла, і зникає після споживання певної кількості води, в
середньому 0,25-0,5 л .
3. Питна вода та
вимоги до її якості
В Україні вимоги до якості питної води
визначені Державним стандартом. Згідно з ним питна вода має бути
епідеміологічно безпечною та нешкідливою за хімічним складом. Безпеку води в
епідеміологічному відношенні визначають як загальною кількістю мікроорганізмів
(не більше 100 в 1 см3 води), так і за кількістю клітин кишкової
палички (не більше 3 в 1 дм3 води). Питна вода не повинна містити водні
організми, помітні неозброєним оком, та плівку на поверхні.
Основними забруднювачами водних об'єктів у
нашій країні є промисловість (понад 55 % від загального скиду) та
житлово-комунальне господарство (понад 40 %).
Методи очищення стічних вод поділяють на механічні,
фізико-хімічні та біологічні.
Немає коментарів:
Дописати коментар