Три «образа» биологии. Традиционная, физико-химическая и эволюционная биология.

Традиционная, или натуралистская биология

Объектом изучения традиционной биологии всегда была и остается живая природа в ее естественном состоянии и нерасчлененной целостности.

Традиционная биология имеет ранние истоки своего зарождения. Они идут к средним векам, а становление ее в самостоятельную науку, получившую название «натуралистская биология», приходится на XVIII-XIX века.

Её методом стало тщательное наблюдение и описание явлений природы, главной задачей - их классифицирование, а реальной перспективой - установление закономерностей их существования, смысла и значения для природы в целом.

Первый этап натуралистской биологии ознаменовался первыми классификациями животных и растений. Были предложены принципы их группирования в таксоны различных уровней. С именем К.Линнея связано введение бинарной (обозначение рода и вида) номенклатуры, почти в неизменном виде дошедшей до наших дней, а также принцип иерархического соподчинения таксонов и их наименования - классы, отряды, роды, виды, разновидности. Однако недостатком искусственной системы Линнея было то, что он не дал никаких указаний относительно критериев родства, чем и снизил достоинство этой системы.

Более «естественными», т.е. отражающими родственные связи, были системы, созданные ботаниками — А.Л. Жюссье (1748-1836), О.П. Декандолем (1778-1841) и, в особенности, Ж.Б. Ламарком (1744-1829).

Труд Ламарка был построен на идее развития от простого к сложному, и главным вопросом был вопрос о происхождении отдельных групп и родственных связях между ними. Следует отметить, что в период становления традиционной биологии закладывался комплексный, как мы сегодня говорим, системный подход к исследованию природы.

Физико-химическая, или экспериментальная биология

Термин «физико-химическая биология» был введен в 1970-е годы химиком-органиком Ю.А. Овчинниковым - сторонником тесной интеграции естественных наук и внедрения в биологию современных точных физико-химических методов в целях изучения элементарных уровней организации живой материи - молекулярного и надмолекулярного.

Понятие «физико-химическая биология» является двуплановым.

С одной стороны, понятие это означает, что предметом изучения физико-химической биологии являются объекты живой природы, исследуемые на молекулярном и надмолекулярном уровнях.

С другой, сохраняется и первоначальное его значение: использование физико-химических методов для расшифровки структур и функций живой природы на всех уровнях ее организации. Хотя различение это и достаточно условно, главным считают следующее: физико-химическая биология в наибольшей степени содействовала сближению биологии с точными физико-химическими науками и становлению естествознания как единой науки о природе.

Это не означает, что биология утратила свою индивидуальность. Как раз наоборот. Изучение структуры, функций и саморепродукции фундаментальных молекулярных структур живой материи, результаты которого получили отражение в виде постулатов или аксиом не лишило биологию ее особого положения в системе естествознания. Причина этого в том, что эти молекулярные структуры выполняют биологические функции.

Следует отметить, что ни в какой другой области естествознания, как в биологии, не обнаруживается столь глубокая связь между методами и техникой эксперимента, с одной стороны, и появлением новых идей, гипотез, концепций, с другой. При рассмотрении истории методов физико-химической биологии можно выделить пять этапов, которые находятся между собой как в исторической, так и в логической последовательности. Иными словами, нововведения на одном этапе неизменно стимулировали переход к следующему.

Какие же это методы?

1) МЕТОД МЕЧЕНЫХ АТОМОВ.

Мечение атомов, вводимых в организм, позволяет точно прослеживать передвижение и превращение веществ в организме. Это дало возможность установить динамичность процессов обмена веществ, выявить роль отдельных структур организма в протекании этих процессов. Так был открыт, например, механизм ферментативного биосинтеза белка и нуклеиновых кислот, промежуточный обмен углеводов и жиров и т.д.

2) МЕТОДЫ РЕНТГЕНОСТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА И ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ

Второй этап в истории методов физико-химической биологии можно связать с началом использования рентгеноструктурного анализа (рентгеновских лучей) и электронного микроскопирования, позволяющих исследовать крупные молекулярные компоненты и субмикроскопические структуры клетки. С помощью этих методов английскими исследователями во главе с У. Астбюри (1930-1950-е годы) была установлена двойная спираль строения молекулы ДНК, нитевая структура белков.

3) МЕТОДЫ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ

Третий этап в истории физико-химических методов связан с применением методов фракционирования. Это, прежде всего, методы фракционирования различных биополимеров. В конце 1930-х годов А. Тизелиус разработал метод фракционирования (разделения) белков с помощью электрофореза. Суть этого метода в дальнейшем была использована в различных типах хроматографии - адсорбционной, распределительной, осадочной.

Недостатком этих методов было то, что объектом изучения являлся не целостный организм, а фрагменты различных уровней его организации.

4) МЕТОДЫ ПРИЖИЗНЕННОГО АНАЛИЗА

Четвертый этап в истории методов связан с применением методов прижизненного анализа.

К настоящему времени определился комплекс методов прижизненного анализа структурных и функциональных характеристик организма. К их числу можно отнести методы:

1) микроспектрального и микрофлуорометрического анализов (флуоресценция - испускание ранее поглощенной энергии в виде света);

2) приема оптического сканирования (глубокое проникновение света). Это так называемая оптическая биохимия.

3) радиоспектроскопии;

4) скоростного рентгеноструктурного анализа;

5) анализа структур с помощью ультразвука (УЗИ);

6) электронного микроскопирования.

Эти методы используются не только в физико-химической биологии, но и в медицинской практике.

5) ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭВМ

Пятый этап в истории методов физико-химической биологии можно представить как широчайшее внедрение электронно-вычислительной техники (ЭВМ) в практику биологического эксперимента.

ЭВМ, с одной стороны, позволяет расшифровывать глубинные структуры и их изменения, которые не выявляют описанные выше методы, а с другой стороны, помогают обрабатывать огромное количество полученной информации.

Современная физико-химическая биология объединила в единый комплекс биологические дисциплины, которые ранее по объективному признаку считались самостоятельными. Иначе говоря, традиционное разделение биологии на науки о строении - цитологию, гистологию, анатомию, морфологию - и науки; исследующие физиолого-биохимические процессы - физиологию и биохимию - в значительной мере утратило свой первоначальный смысл.

Эволюционная биология

Предметом ее является изучение истории развития как отдельного организма, т.е. его онтогенез, так и органического мира в целом или отдельных его таксонов, т.е. филогенез.

Концепция развития для биологии получила фундаментальное значение, поскольку именно для живой природы развитие во времени - неотъемлемое и наиболее характерное свойство.

В итоге сформировалась достаточно самостоятельная область знания эволюционная биология. Понятие «эволюционной биологии» намного шире, чем понятие «теория естественного отбора» и понятия «эволюционное учение»! Многоплановый облик эволюционной биологии сложился в результате интеграции двух потоков знания.

Во-первых, в итоге развития самого эволюционного учения, приведшего к разнообразию самих теорий эволюции (дарвинизм, синтетическая теория эволюции - СТЭ, недарвиновская и т.д.).

Второй поток

- это вклад различных биологических дисциплин, да и всего естествознания в целом в единый комплекс знаний об эволюции и ее механизмах.

В настоящее время накоплено огромное количество информации в биологии и в естествознании, так что возникает необходимость в проведении нового эволюционного синтеза.