Современная биология и физико-химические методы - Биология как естественная наука
На протяжении всей истории развития биологии физические и химические методы были важнейшим инструментом исследования биологических явлений и процессов живой природы. Важность внедрения таких методов в биологию подтверждают экспериментальные результаты, полученные с помощью современных методов исследования, зародившихся в. смежных отраслях естествознания - физике и химии. В этой связи неслучайно в 1970-х годах в отечественном научном лексиконе появился новый термин "физико-химическая биология". Появление этого термина свидетельствует не только о синтезе физических, химических и биологических знаний, но и о качественно новом уровне развития естествознания, в котором происходит непременно взаимное обеспечение отдельных его отраслей. Физико-химическая биология содействует сближению биологии с точными науками - физикой и химией, а также становлению естествознания как единой науки о природе.
В то же время изучение структуры, функций и репродукции фундаментальных молекулярных структур живой материи не лишает биологию ее индивидуальности и особого положения в естествознании, так как молекулярные структуры наделены биологическими функциями и обладают вполне определенной спецификой.
Внедрение физических и химических методов способствовало развитию экспериментальной биологии, у истоков которой стояли крупные ученые: К. Бернар (1813- 1878), Г. Гельмгольц (1821- 1894), Л. Пастер (1822- 1895), И. М. Сеченов (1829- 1905), И. П. Павлов (1849-1936), С. Н. Виноградский (1856- 1953), К. А. Тимирязев (1843- 1920), И. И. Мечников (1845- 1916) и многие другие.
Экспериментальная биология постигает сущность процессов жизнедеятельности преимущественно с применением точных физических и химических методов, при этом иногда прибегая к расчленению биологической целостности, т. е. живого организма с целью проникновения в тайны его функционирования.
Современная экспериментальная биология вооружилась новейшими методами, позволяющими проникнуть в субмикроскопический, молекулярный и надмолекулярный мир живой природы. Можно назвать несколько широко применяемых методов: метод изотопных индикаторов, методы рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии, методы фракционирования, методы прижизненного анализа и др. Дадим их краткую характеристику.
Метод изотопных индикаторов, ранее называемый методом меченых атомов, был предложен вскоре после открытия радиоактивности. Сущность его заключается в том, что с помощью радиоактивных (меченых) атомов, введенных в организм, прослеживаются передвижение и превращение веществ в организме.
С помощью данного метода удалось установить динамичность процессов обмена веществ, проследить за их начальной, промежуточной и конечной стадиями, выявить влияние отдельных структур организма на протекание процессов. Метод изотопных индикаторов позволяет исследовать процессы обмена в живом организме. Это одно из его достоинств. Постоянное обновление белков и мембран, биосинтез белков и нуклеиновых кислот, промежуточный обмен углеводов и жиров, а также многие другие важные микропроцессы были открыты с помощью данного метода.
Рентгеноструктурынй анализ оказался весьма эффективным при исследовании структур макромолекул, лежащих в основе жизнедеятельности живых организмов. Он позволил установить двухцепочечное строение (двойную спираль) молекул - носителей информации и нитевидную структуру белков. С появлением рентгеноструктурных исследований родилась молекулярная биология.
Возможности молекулярной биологии гораздо расширились с применением электронно-микроскопических исследований, позволивших установить многослойное строение оболочки нервных волокон состоящих из чередующихся белковых и липидных слоев. Электронно-микроскопические наблюдения дали возможность расшифровать молекулярную организацию живой клетки и механизм функционирования мембран, на основании которых в начале 50-х годов была создана современная мембранная теория; родоначальники ее - английские физиологи А. Ходжкин (1914- 1994), А. Хаксли (р. 1917) а также австралийский физиолог Дж. Эклс.
Мембранная теория имеет важное общебиологическое значение. Сущность ее заключается в следующем. По обе стороны мембраны за счет встречного потока ионов калия и натрия создается разность потенциалов. Данный процесс сопровождается возбуждением и деполяризацией ранее находящейся в покое поляризованной мембраны и заменой знака ее электрического потенциала. Изменение разности потенциалов едино для всех мембранных систем. Оно обеспечивает одновременно функции барьеров и своеобразных насосных механизмов. Такие функции мембранных систем способствуют активному проникновению веществ как внутрь, так и за пределы клетки. За счет мембран достигается и пространственная изоляция структурных элементов организма.
Раскрытие структуры мембранных систем и механизма их функционирования - крупное достижение не только в биологии, но и в естествознании в целом.
В физико-химической биологии широко применяются различные методы фракционирования, основанные на том или ином физическом либо химическом явлении. Довольно эффективный метод фракционирования предложил русский биолог и биохимик М. С. Цвет (1872-1919). Сущность его метода заключается в разделении смеси веществ, основанном на поглощении поверхностью твердых тел компонентов разделенной смеси, на ионном обмене и на образовании осадков.
Радиоспектроскопия, скоростной рентгеноструктурный анализ, ультразвуковое зондирование и многие другие современные средства исследования составляют арсенал методов прижизненного анализа. Все эти методы не только широко применяются в физико-химической биологии, но и взяты на вооружение современной медициной. Сейчас ни одно клиническое учреждение не обходится без рентгеноскопической, ультразвуковой и другой аппаратуры, позволяющей без ущерба для пациента определить структурные, а иногда функциональные изменения в организме.
Техника эксперимента современной физико-химической биологии обязательно включает те или иные вычислительные средства, которые в значительной степени облегчают трудоемкую работу экспериментатора и позволяют получить более достоверную информацию о свойствах исследуемого живого объекта.
Характерная особенность современной физико-химической биологии - ее стремительное развитие. Трудно перечислить все ее достижения, но некоторые из них заслуживают особого внимания. В 1957 г. был реконструирован вирус табачной мозаики из составляющих его компонентов. В 1968- 1971 гг. произведен искусственный синтез гена для одной из транспортных молекул путем последовательного введения в пробирку с синтезируемым геном новых нуклеотидов. Весьма важными оказались результаты исследований по расшифровке генетического кода: было показано, что при введении искусственно синтезированных молекул в бесклеточную систему, т. е. систему без живой клетки, обнаруживаются информационные участки, состоящие из трех последовательных нуклеотидов, являющихся дискретными единицами генетического кода. Авторы этой работы - американские биохимики М. Ниренберг (р. 1927), X. Корана (р. 1922) и Р. Холли (р.1922).
Расшифровка различных видов саморегуляции - также важное достижение физико-химической биологии. Саморегуляция как характерное свойство живой природы проявляется в разных формах, таких, как передача наследственной информации - генетического кода; регуляция биосинтетических процессов белка (ферментов) в зависимости от характера субстрата и под контролем генетического механизма; регуляция скоростей и направлений ферментных процессов; регуляция роста и морфогенеза, т. е. образования структур разного уровня организации; регуляция анализирующей и управляющей функций нервной системы.
Живые организмы - весьма сложный объект для исследований. Но все же современные технические средства позволяют все глубже и глубже проникнуть в тайны живой материи.
Биология натуралистический живой генный
Похожие статьи
-
Биология и ее предмет. История биологии - Биология как естественная наука
Биология (от греч. bios - жизнь, logos - наука) - наука о жизни, об общих закономерностях существования и развития живых существ. Предметом ее изучения...
-
Эволюционная биология. История эволюционного учения - Биология как естественная наука
Эволюционная биология - раздел биологии, изучающий происхождение видов от общих предков, наследственность и изменчивость их признаков, размножение и...
-
Важной закономерностью развития науки принято считать единство процессов дифференциации и интеграции научного знания. Современную науку недаром называют...
-
Происхождение человека - Биология как естественная наука
Происхождение человека является одной из фундаментальных переменных проблем современного научного познания. Долгое время существовал традиционный подход...
-
Возникновение и эволюция жизни. Концепция происхождения жизни - Биология как естественная наука
Эволюция жизни предполагает ее истоки, начало. Проблема происхождения жизни является одной из важнейших не только в биологии, но и во всем естествознании...
-
"Наша способность к самообмену по поводу работы собственного мозга почти безгранична главным образом потому, что часть, о которой мы можем сообщить,...
-
Естествознание на современном этапе - Естествознание - единая наука о природе
(современное естествознание) Современная наука ведет свой отчет с 10-20-х гг. ХХ в. Для нее характерна ассоциация математических, гуманитарных и...
-
Слово "естествознание"- (естество - природа) означает знание о природе или природоведение. Последнее слово происходит от общеславянского термина "веды" -...
-
Научное познание: структура и методы - Естествознание - единая наука о природе
Структура научного познания Понятие метода и методологии (и границы научного метода) Классификация методов научного познания Главное назначение научной...
-
В настоящее время в систематике бактерий осуществляется пересмотр сложившихся представлений, который благодаря своему бурному характеру и значению...
-
Физика как наука, цели, задачи и методы исследования - Физическая картина мира
Физика - наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи, а также законы ее...
-
Введение - Методология естественных наук. Естественнонаучная и гуманитарная культура
Каждый человек-это загадка и в основном, загадка для самого себя. Наше общество, общество людей - это самая большая тайна, и конечно познать эту тайну, в...
-
Кора больших полушарий. Современные методы исследования функций мозга - Предмет и задачи физиологии
"Мозг - это последняя из тайн природы, Которая когда-либо откроется человеку." Англ. физиолог Чарлз Скотт Шеррингтон. "Асимметрия является основным...
-
Всероссийская коллекция микроорганизмов Всероссийская коллекция микроорганизмов (ВКМ) функционирует как центр сбора, изучения, поддержания и...
-
Человек, познавая окружающий мир, стремится создать в своем сознании или воображении его определенную модель или, как говорят картину мира. На каждом...
-
ПЛАН ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ БОЛЬНОГО - Острый панкреатит, отечная форма
Ї Общеклиническое исследование крови (исследование крови является одним из важнейших диагностических методов, т. к. кроветворные органы чрезвычайно...
-
Рентгенологические методы - Оценки функционального состояния почек
Экскреторная урография. Цель: определение формы, размеров, положения, а также функции почек и мочеточников. Экскреторная урография основана на...
-
Современная клеточная теория - Клеточная теория
Современная клеточная теория исходит из того, что клеточная структура является главнейшей формой существования жизни, присущей как растениям, так и...
-
Методы и организация исследования Анализ литературных источников проводился на всех этапах исследования. Анализ специальной научно-методической...
-
Альтруизм в отношении со своими соплеменниками - Естествознание - единая наука о природе
Слияние отдельных групп в более крупные объединения для выполнения ряда важнейших функций: охрана, охота, земледелие, то есть формирования общественных...
-
Система методов технических медицинских исследований - Научные основы приборостроение в медицине
Инструментальные средства медико-биологических исследований представляют собой совокупность приборов, аппаратов, систем, комплексов и приспособлений к...
-
Литература - Современные концепции естествознания
Бабушкин А. Н. Современные концепции естествознания: Лекции по курсу. М., 2000. Голубева О. Н., Суханов А. Д. Концепции современного естествознания:...
-
Микроорганизмы играют огромную роль в природных процессах и в течение многих лет являются "полигоном", где современная наука исследует фундаментальные...
-
В результате своей деятельности человек создает совокупность материальных и духовных ценностей, т. е. культуру. Мир созданных материальных ценностей...
-
Работа проводилась на базе Всероссийской коллекции микроорганизмов (ВКМ) Института биохимии и физиологии микроорганизмов (ИБФМ) им. Г. К. Скрябина РАН....
-
Особый лечебный метод - Выращивание кактусов в условиях школьного кабинета биологии
Особый лечебный метод (или корневая ванна) для кактусов с поврежденной корневой системой, применяемый при пересадке. Бывает так, что кактус видимо,...
-
Метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) - Перспективная наука геномика
В 1985 году К. Мюллис с сотрудниками разработали метод клонирования последовательностей ДНК in vitro, который получил название полимеразной цепной...
-
Метод гибридизации - Перспективная наука геномика
Гибридизация - метод выделения специфических последовательностей нуклеотидов. При нагревании водного раствора ДНК до 100оС и доведения рН до 13...
-
Метод Сэнгера - Перспективная наука геномика
Второй метод, наиболее известный и популярный, разработанн Сэнгером и носящий его имя, основан не на химическом, а на ферментативном подходе. Cэнгер...
-
Систематика микроорганизмов - наука, изучающая разнообразие видов микроорганизмов и взаимоотношения между ними [Goodfellow, O'Donell, 1993]. Основной...
-
Криолитозона представляет собой лучший природный палеобанк биологических, геологических, экологических, климатических и других данных [Gilichinsky,...
-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ - Познавательные модели современной науки и их использование в гуманитарных исследованиях
Люди не могут перестать изменять природу, но они могут и должны перестать изменять ее необдуманно и безответственно, не учитывая требований экологических...
-
+ неадекватными раздражителями - адекватными раздражителями - мессенджерами - подпороговыми раздражителями - сверхпороговыми раздражителями Минимальную...
-
Представление о сущности жизни в истории науки - Материальная сущность жизни
Исторически сложились две противоположные точки зрения по вопросу о сущности жизни. По философским понятиям их можно оценить как материалистическую и...
-
Задача физиологии растений как науки - исследование процессов метаболизма, роста и развития растений, выяснение механизмов этих процессов и взаимосвязей...
-
Физические методы исследования - Основные методы обследования больного при различных заболеваниях
Ознакомившись с жалобами больного, историей развития болезни, социально-бытовыми условиями и особенностями семейного анамнеза, приступают к объективному...
-
Понятие "метод" (от греч. "методос" -- путь к чему-либо) означает совокупность приемов и операций практического и теоретического освоения...
-
Введение в биологию - Введение в физиологию
Биология (от греч. bios-жизнь, logos-понятие, учение) - это наука, изучающая живые организмы. Развитие этой науки шло по пути последовательного упрощения...
-
Современная научная картина мира и ее отличие от ненаучных картин мира - Научная картина мира
Основой современной научной картины мира являются фундаментальные знания, полученные, прежде всего, в области физики. Однако в последние десятилетия...
-
Методы биологических исследований - Аналогия и моделирование в биологических исследованиях
Когда мы говорим о биологии, мы говорим о науке, которая занимается исследованием всего живого. Все живые существа, включая ареал их обитания, изучаются....
Современная биология и физико-химические методы - Биология как естественная наука