Значение микроскопа в современном мире. История создания микроскопа и его устройство

Первые микроскописты второй половины XVII в. - физик Р. Гук, анатом М. Мальпиги, ботаник Н. Грю, оптик-любитель А. Левенгук и др. с помощью микроскопа описали строение кожи, селезенки, крови, мышц, семенной жидкости и др. Каждое исследование по существу являлось открытием , которое плохо уживалось с метафизическим взглядом на природу, складывавшимся веками. Случайный характер открытий, несовершенство микроскопов, метафизическое мировоззрение не позволили в течение 100 лет (с середины XVIIв. до середины XVIII в.) сделать существенные шаги вперед в познании закономерностей строения животных и растений, хотя и делались попытки обобщений (теории «волокнистого» и «зернистого» строения организмов и др.).

Открытие клеточного строения произошло в то время развития человечества, когда экспериментальная физика стала претендовать называться госпожой всех наук. В Лондоне было создано общество величайших ученых, которые делали упор в совершенствовании мира на конкретные физические законы. На встречах членов сообщества не происходило никаких политических дебатов, подвергали обсуждению только различные эксперименты и делились исследованиями по физике, механике. Времена тогда были беспокойными, и ученые соблюдали очень строгую конспирацию. Новое сообщество стали называть «коллегия невидимых». Первым, кто стоял у истоков создания общества, был Роберт Бойль - великий наставник Гука. Коллегия выпускала необходимую научную литературу. Автором одной из книг стал Роберт Гук, который тоже входил в это секретное научное сообщество. Гук уже в те годы слыл изобретателем интересных приборов, позволяющих делать великие открытия. Одним из таких приборов был микроскоп.

Одним из первых создателей микроскопа был Захариус Йансен , который создал его в 1595 году. Задумка изобретения была в том, что монтировались две линзы (выпуклые) внутри специальной трубки с выдвижным тубусом для фокусировки изображения. Этот прибор мог увеличивать исследуемые предметы в 3-10 раз. Роберт Гук усовершенствовал это изделие, что и сыграло главную роль в предстоящем открытии.

Роберт Гук в течение длительного времени наблюдал через созданный микроскоп разные мелкие экземпляры, и однажды для просмотра он взял обычную пробку из сосуда. Рассмотрев тонкий срез этой пробки, ученый удивился сложности структуры вещества. Его взору предстал интересный узор из множества ячеек, удивительно похожий на пчелиные соты. Так как пробка - это продукт растительный, Гук начал изучать с помощью микроскопа срезы стеблей растений. Везде повторялась аналогичная картинка - набор пчелиных сот. В микроскоп было видно множество рядов ячеек, которые разделялись тонкими стенками. Роберт Гук назвал эти ячейки клетками . Впоследствии образовалась целая наука о клетках, которая называется цитология. В цитологию входят изучение строения клеток и их жизнедеятельность. Используется эта наука во многих областях, в том числе медицине, промышленности.

С именем М. Мальпиги этого выдающегося биолога и врача связан важный период микроскопических исследований анатомии животных и растений.
Изобретение и усовершенствование микроскопа позволило ученым открыть
мир чрезвычайно мелких существ, совершенно не похожих на тех,
которые видны невооруженным глазом. Получив микроскоп, Мальпиги сделал ряд важнейших биологических открытий. Сначала он рассматривал
все, что попадало под руку:

насекомых,
легкие лягушки,
кровяные тельца,
капиллярные сосуды,
кожу,
печень,
селезенку,
растительные ткани.

В исследовании этих предметов он достиг такого совершенства, что стал
одним из создателей микроскопной анатомии. Мальпиги первым употребил
микроскоп для исследования кровообращения.

Используя 180-кратное увеличение, Мальпиги сделал открытие в теории кровообращения: разглядывая препарат легкого лягушки под микроскопом, он заметил пузырьки воздуха, окруженные пленкой, и мелкие кровеносные сосуды, увидел разветвленную сеть капиллярных сосудов, соединявших артерии с венами (1661 г.). На протяжении последующих шести лет Мальпиги сделал наблюдения, которые описал в научных трудах, принесших ему славу великого ученого. Сообщения Мальпиги о строении мозга, языка, сетчатки, нервов, селезенки, печени, кожи и о развитии зародыша в курином яйце, а также об анатомическом строении растений свидетельствуют о весьма тщательных наблюдениях.

Нееимия Грю (1641 – 1712 г.г.). Английский ботаник и врач, микроскопист,

основоположник анатомии растений. Основные работы посвящены вопросамстроения и поларастений. Наряду с М. Мальпиги был основоположником

анатомии растений. Впервые описал:

устьица,
радиальное расположение ксилемы в корнях,
морфологию сосудистой ткани в виде плотного образования вцентре стебля молодого растения,
процесс формирования полого цилиндра в старых стеблях.

Ввел термин"сравнительная анатомия", ввёл в ботанику понятия "ткань" и "паренхима". Изучая строение цветков, пришелк выводу, что они являются органами оплодотворения у растений.

Левенгук Антони (24.10.1632– 26.08.1723), нидерландский натуралист. Работал в мануфактурной лавке в Амстердаме. Вернувшись в Делфт, в свободное время занимался шлифованием линз. Всего за свою жизнь Левенгук изготовил около 250 линз, добившись 300-кратного увеличения и достиг в этом большого совершенства. Изготовленные им линзы, которые он вставлял в металлические держатели с прикрепленной к ним иглой для насаживания объекта наблюдения, давали 150–300-кратное увеличение. При помощи таких «микроскопов» Левенгук впервые наблюдал и зарисовал:

сперматозоиды (1677),
бактерии (1683),
эритроциты,
простейших,
отдельные растительные и животные клетки,
яйца и зародыши,
мышечную ткань,
многие другие части и органы более чем 200 видов растений и животных.

Впервые описал партеногенез у тлей (1695–1700).

Левенгук стоял на позициях преформизма, утверждая, что сформированный зародыш уже содержится в «анималькуле» (сперматозоиде). Отрицал возможность самозарождения. Свои наблюдения он описывал в письмах (всего до 300), которые направлял главным образом в Лондонское королевское общество. Следя за движением крови по капиллярам, показал, что капилляры связывают артерии и вены. Впервые наблюдал эритроциты и обнаружил, что у птиц, рыб и лягушек они имеют овальную форму, а у человека и других млекопитающих – дисковидную. Открыл и описал коловраток и ряд других мелких пресноводных организмов.

Применение ахроматического микроскопа в научных исследованиях послужило новым импульсом к развитию гистологии . В начале XIX в. сделано первое изображение ядер растительных клеток. Я. Пуркинье (в 1825- 1827 гг.) описал ядро в яйцеклетке курицы, а затем ядра в клетках различных тканей животных. Позднее им было введено понятие «протоплазма» (цитоплазма) клеток, охарактеризованы форма нервных клеток, строение желез и др.

Р. Броун сделал заключение о том, что ядро является обязательной частью растительной клетки. Таким образом, постепенно стал накапливаться материал о микроскопической организации животных и растений и строении «клеток» (cellula), увиденных впервые Р. Гуком.

Создание клеточной теории оказало огромное прогрессивное влияние на развитие биологии и медицины. В середине XIX в. начался период бурного развития описательной гистологии. На основе клеточной теории были изучены состав различных органов и тканей, их развитие, что позволило уже тогда создать в основных чертах микроскопическую анатомию и уточнить классификацию тканей с учетом их микроскопического строения (А. Кёлликер и др.).

Подробное решение параграф § 1 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Сивоглазов В.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т. 2014

Вспомните!

Какие достижения современной биологии вам известны?

рентгенология

аппараты УЗИ, ЭМРТ

установление молекулярной структуры ДНК

расшифровка генома человека и других организмов

генная инженерия

3D-биопринтеры

Электронные сканирующие микроскопы

Экстракорпоральное оплодотворение и др.

Каких ученых-биологов вы знаете?

Линней, Ламарк, Дарвин, Мендель, Морган, Павлов, Пастер, Гук, Левенгук, Броун, Пурнинье, Бэр, Мечников, Мичурин, Вернадский, Ивановский, Флеминг, Тенсли, Сукачев, Четвериков, Лайль, Опарин, Шванн, Шлейден, Чаграфф, Навашин, Тимирязев, Мальпиги, Гольджи и др.

Вопросы для повторения и задания

1. Расскажите о вкладе в развитие биологии древнегреческих и древне-римских философов и врачей.

Первым учёным, создавшим научную медицинскую школу, был древнегреческий врач Гиппократ (ок. 460 - ок. 370 до н. э.). Он считал, что у каждой болезни есть естественные причины и их можно узнать, изучая строение и жизнедеятельность человеческого организма. С древних времён и по сей день врачи торжественно произносят клятву Гиппократа, обещая хранить врачебную тайну и ни при каких обстоятельствах не оставлять больного без медицинской помощи. Великий энциклопедист древности Аристотель (384-322 до н. э.). Стал одним из основателей биологии как науки, впервые обобщив биологические знания, накопленные до него человечеством. Он разработал систематику животных, определив в ней место и человеку, которого он называл «общественным животным, наделённым разумом». Многие труды Аристотеля были посвящены происхождению жизни. Древнеримский учёный и врач Клавдий Гален (ок. 130 - ок. 200), изучая строение млекопитающих, заложил основы анатомии человека. В течение следующих пятнадцати веков его труды были основным источником знаний по анатомии.

2. Охарактеризуйте особенности воззрений на живую природу в Средние века, эпоху Возрождения.

Резко возрос интерес к биологии в эпоху Великих географических открытий (XV в.). Открытие новых земель, налаживание торговых отношений между государствами расширяли сведения о животных и растениях. Ботаники и зоологи описывали множество новых, неизвестных ранее видов организмов, принадлежащих к различным царствам живой природы. Один из выдающихся людей этой эпохи - Леонардо да Винчи (1452-1519) - описал многие растения, изучал строение человеческого тела, деятельность сердца и зрительную функцию. После того как был снят церковный запрет на вскрытие человеческого тела, блестящих успехов достигла анатомия человека, что получило отражение в классическом труде Андреаса Везалия (1514-1564) «Строение человеческого тела» (рис. 1). Величайшее научное достижение - открытие кровообращения - совершил в XVII в. английский врач и биолог Уильям Гарвей (1578-1657).

3. Используя знания, полученные на уроках истории, объясните, почему в Средние века в Европе наступил период застоя во всех областях знаний.

После падения Западной Римской империи в Европе наступил застой в развитии наук и ремесла. Этому способствовали феодальные порядки, установившиеся во всех европейских странах, постоянные войны между феодалами, нашествия полудиких народов с востока, массовые эпидемии, а главное - идеологическое закабаление умов широких народных масс римско-католической церковью. В этот период римско-католическая церковь, несмотря на многие неудачи в борьбе за политическое господство, распространила свое влияние во всей Западной Европе. Имея огромную армию духовенства различных рангов, папство фактически добилось полного господства христианской римско-католической идеологии среди всех западноевропейских народов. Проповедуя смирение и покорность, оправдывая существующие феодальные порядки, римско-католическое духовенство вместе с тем жестоко преследовало все новое и прогрессивное. Естественные науки и вообще так называемое светское образование были полностью подавлены.

4. Какое изобретение XVII в. дало возможность открыть и описать клетку?

5. Каково значение для биологической науки работ Л. Пастера и И. И. Мечникова?

Труды Луи Пастера (1822-1895) и Ильи Ильича Мечникова (1845-1916) определили появление иммунологии. В 1876 г. Пастер полностью посвятил себя иммунологии, окончательно установив специфичность возбудителей сибирской язвы, холеры, бешенства, куриной холеры и других болезней, развил представления об искусственном иммунитете, предложил метод предохранительных прививок, в частности от сибирской язвы, бешенства. Первая прививка против бешенства была сделана Пастером 6 июля 1885 г. В 1888 г. Пастер создал и возглавил научно-исследовательский институт микробиологии (Пастеровский институт), в котором работали многие известные ученые.

Мечников, обнаружив в 1882 г. явление фагоцитоза, разработал на его основе сравнительную патологию воспаления, а в дальнейшем - фагоцитарную теорию иммунитета, за что получил в 1908 г. Нобелевскую премию совместно с П. Эрлихом. Многочисленные работы Мечникова по бактериологии посвящены вопросам эпидемиологии холеры, брюшного тифа, туберкулеза и других инфекционных заболеваний. Мечников создал первую русскую школу микробиологов, иммунологов и патологов; активно участвовал в создании научно-исследовательских учреждений, разрабатывающих различные формы борьбы с инфекционными заболеваниями.

6. Перечислите основные открытия, сделанные в биологии в XX в.

В середине XX в. в биологию начали активно проникать методы и идеи других естественных наук. Достижения современной биологии открывают широкие перспективы для создания биологически активных веществ и новых лекарственных препаратов, для лечения наследственных заболеваний и осуществления селекции на клеточном уровне. В настоящее время биология стала реальной производительной силой, по развитию которой можно судить об общем уровне развития человеческого общества.

– Открытие витаминов

– Открытие пептидных связей в молекулах белков

– Изучение химической природы хлорофилла

– Описали основные ткани растений

– Открытие структуры ДНК

– Исследование фотосинтеза

– Открытие ключевого этапа в дыхании клеток - цикла трикарбоновых кислот, или цикла Кребса

– Исследование физиологии пищеварения

– Наблюдал клеточное строение тканей

– Наблюдал одноклеточных организмов, клетки животных (эритроциты)

– Открытие ядра в клетке

– Открытие аппарата Гольджи - органоида клетки, метод приготовления микроскопических препаратов нервной ткани, исследование строения нервной системы

– Установил, что одни части зародыша имеют влияние на развитие других его частей

– Сформулировал мутационную теорию

– Создание хромосомной теории наследственности

– Сформулировал закон гомологических рядов в наследственной изменчивости

– Обнаружили усиление мутационного процесса под действием радиоактивного излучения

– Открыл сложную структуру гена

– Открыл значение мутационного процесса в процессах, происходящих в популяциях, для эволюции вида

– Установил филогенетический ряд лошадиных как типовой ряд постепенных эволюционных изменений родственных видов

– Разработали теорию зародышевых листков для позвоночных

– Выдвинул теорию происхождения многоклеточных организмов от общего предка - гипотетического организма фагоцителлы

– Обосновывает наличие в прошлом предка многоклеточных - фагоцителлы и предлагает считать его живой моделью многоклеточное животное - трихоплакса

– Обосновали биологический закон «Онтогенез есть краткое повторение филогенеза»

– Утверждал, что многие органы многофункциональны; в новых условиях среды одна из второстепенных функций может стать более важной и заменить прежнюю главную функцию органа

– Выдвинул гипотезу возникновения билатеральной симметрии живых организмов

7. Назовите известные вам естественные науки, составляющие биологию. Какие из них возникли в конце XX в.?

На границах смежных дисциплин возникали новые биологические направления: вирусология, биохимия, биофизика, биогеография, молекулярная биология, космическая биология и многие другие. Широкое внедрение математики в биологию вызвало рождение биометрии. Успехи экологии, а также всё более актуальные проблемы охраны природы способствовали развитию экологического подхода в большинстве отраслей биологии. На рубеже XX и XXI вв. с огромной скоростью начала развиваться биотехнология - направление, которому, несомненно, принадлежит будущее.

Подумайте! Вспомните!

1. Проанализируйте изменения, произошедшие в науке в XVII-XVIII вв. Какие возможности они открыли перед учёными?

Новую эру в развитии биологии ознаменовало изобретение в конце XVI в. микроскопа. Уже в середине XVII в. была открыта клетка, а позднее обнаружен мир микроскопических существ - простейших и бактерий, изучено развитие насекомых и принципиальное строение сперматозоидов. В XVIII в. шведский натуралист Карл Линней (1707-1778) предложил систему классификации живой природы и ввёл бинарную (двойную) номенклатуру для наименования видов. Карл Эрнст Бэр (Карл Максимович Бэр) (1792-1876), профессор Петербургской медико-хирургической академии, изучая внутриутробное развитие, установил, что зародыши всех животных на ранних этапах развития схожи, сформулировал закон зародышевого сходства и вошёл в историю науки как основатель эмбриологии. Первым биологом, который попытался создать стройную и целостную теорию эволюции живого мира, стал французский учёный Жан Батист Ламарк (1774-1829). Палеонтологию, науку об ископаемых животных и растениях, создал французский зоолог Жорж Кювье (1769-1832). Огромную роль в понимании единства органического мира сыграла клеточная теория зоолога Теодора Шванна (1810-1882) и ботаника Маттиаса Якоба Шлейдена (1804-1881).

2. Как вы понимаете выражение «прикладная биология»?

4. Проанализируйте материал параграфа. Составьте хронологическую таблицу крупных достижений в области биологии. Какие страны в какие временные периоды были основными «поставщиками» новых идей и открытий? Сделайте вывод о связи между развитием науки и другими характеристиками государства и общества.

Страны, в которых произошли основные биологические открытия относятся к развитым и активно развивающимся странам.

5. Приведите примеры современных дисциплин, возникших на стыке биологии и других наук, не упомянутые в параграфе. Что является предметом их изучения? Попробуйте предположить, какие разделы биологии могут возникнуть в будущем.

Примеры современных дисциплин, возникших на стыке биологии и других наук: палеобиология, биомедицина, социобиология, психобиология, бионика, физиология труда, радиобиология.

Разделы биологии могут возникнуть в будущем: биопрограммирование, ИТ-медицина, биоэтика, биоинформатика, биотехнология.

6. Обобщите информацию о системе биологических наук и представьте её в виде сложной иерархической схемы. Сравните схему, созданную вами, с результатами, которые получились у ваших одноклассников. Одинаковы ли ваши схемы? Если нет, объясните, в чём их принципиальные отличия.

1) Человечество не может существовать без живой природы. Отсюда жизненно необходимо сохранять ее

2) Биология возникла в связи с решением очень важных для людей проблем.

3) Одной из них всегда было более глубокое постижение процессов в живой природе, связанных с получением пищевых продуктов, т.е. знание особенностей жизни растений и животных, их изменение под воздействием человека, способов получения надежного и все более богатого урожая.

4) Человек – продукт развития живой природы. Все процессы нашей жизнедеятельности подобны тем, которые происходят в природе. И поэтому глубокое понимание биологических процессов служит научным фундаментом медицины.

5) Появление сознания, означающее гигантский шаг вперед в самопознании материи, тоже не может быть понято без глубоких исследований живой природы, по крайней мере, в 2-х направлениях – возникновение и развитие мозга как органа мышления (до сих пор загадка мышления остается неразрешенной) и возникновение социальности, общественного образа жизни.

6) Живая природа является источником многих необходимых для человечества материалов и продуктов. Нужно знать их свойства, чтобы правильно использовать, знать, где искать их в природе, как получать.

7) Та вода, которую мы пьем, точнее - чистота этой воды, ее качество тоже определяется в первую очередь живой природой. Наши очистные сооружения лишь завершают тот огромный процесс, который незримо для нас происходит в природе: вода в почве или водоеме многократно проходит через тела мириадов беспозвоночных, фильтруется ими и, освобождаясь от органических и неорганических остатков, становится такой, какой мы знаем ее в реках, озерах и ключах.

8) Проблема качества воздуха и воды – одна из экологических проблем, а экология – биологическая дисциплина, хотя современная экология давно перестала быть только ею и включает в себя много самостоятельных разделов, зачастую принадлежащих к разным научным дисциплинам.

9) В результате освоения человеком всей поверхности планеты, развития сельского хозяйства, промышленности, вырубки лесов, загрязнения материков и океанов все большее число видов растений, грибов, животных исчезает с лица Земли. Исчезнувший вид восстановить невозможно. Он является продуктом миллионов лет эволюции и обладает уникальным генофондом.

10) В данный момент особенно быстро развиваются молекулярная биология, биотехнология и генетика.

8. Организационный проект. Выберите важное событие в истории биологии, годовщина которого приходится на текущий или следующий год. Разработайте программу вечера (конкурса, викторины), посвящённого этому событию.

Викторина:

– Разделение на группы

– Вступительное слово – описание события, историческая справка события, ученого

– Придумать название команд (по теме викторины)

– 1 раунд – простой: например, закончить предложение: Защитная реакция растений на изменение длины светового дня (листопад).

– 2 раунд – двойной: например, найди пару.

– 3 раунд – сложный: например, изобразить схему процесса, нарисовать явление.

фото с сайта scop-pro.fr

Технология микроскопирования открыла новые возможности в медицинской и лабораторной практике. Сегодня без специальной оптики не обходятся ни диагностические исследования, ни оперативные вмешательства. Наиболее значима роль микроскопов в стоматологии, офтальмологии, микрохирургии. Речь идёт не просто об улучшении видимости и облегчении работы, а о принципиально новом подходе к проведению исследований и операций.

Воздействие на тонкие структуры на клеточном уровне означает, что пациент легче перенесёт вмешательство, быстрее восстановится, не подвергнется повреждению здоровых тканей и осложнениям. За всеми этими преимуществами современной медицины нередко стоит микроскоп - мощное высокотехнологичное устройство, сконструированное с применением последних достижений оптики.

В зависимости от предназначения микроскопы подразделяются на:

лабораторные;
стоматологические;
хирургические;
офтальмологические;
отоларингологические.

Оптические системы для проведения биохимических, гематологических, дерматологических, цитологических исследований функционально отличаются от медицинских. Самыми совершенными и мощными признаны офтальмологические микроскопы - с их помощью удалось совершить радикальный прорыв в лечении катаракты, дальнозоркости, близорукости, астигматизма. Операции на микронном уровне, проводимые под 40-кратным увеличением, по инвазивности сопоставимы с уколом, пациент восстанавливается после операции за считанные дни.

Не менее интересны , позволяющие под 25 кратным увеличением прицельно лечить зубные каналы и другие мельчайшие структуры, не различимые человеческим глазом. Применяя новейшую оптику, стоматологам почти всегда удаётся провести качественное лечение и сохранить зуб.

Увеличительные приборы для микрохирургии отличаются расширенным полем зрения, повышенной резкостью изображения, возможностью плавной или ступенчатой регулировки увеличения. Всё это обеспечивает наилучшие условия видимости для хирурга и ассистентов.

Важно, что новое поколение приборов для микроскопирования максимально удобно в применении: работа с увеличительной оптикой проста и не требует больших усилий или специальных навыков. За счёт встроенной системы освещения и удобной формы окуляра специалист не испытывает усталости и дискомфорта даже при долгой непрерывной работе.

Микроскоп - достаточно хрупкий прибор, требующий бережного отношения. Особенно это касается линз: к оптическим поверхностям нежелательно прикасаться руками, для чистки устройства используют специальную кисточку и мягкие салфетки, смоченные в этиловом спирте.

В помещениях, где находятся микроскопы, должна поддерживаться комнатная температура и низкая влажность (менее 60%).

Это наука о жизни. В настоящее время она представляет совокупность наук о живой природе.

Биология изучает все проявления жизни: строение, функции, развитие и происхождение живых организмов , их взаимоотношения в природных сообществах со средой обитания и с другими живыми организмами.

С тех пор как человек стал осознавать свое отличие от животного мира, он начал изучать окружающий его мир.

Сначала от этого зависела его жизнь. Первобытным людям необходимо было знать, какие живые организмы можно употреблять в пищу, использовать в качестве лекарств, для изготовления одежды и жилищ, а какие из них ядовиты или опасны.

С развитием цивилизации человек смог позволить себе такую роскошь, как занятие наукой в познавательных целях.

Исследования культуры древних народов показали, что они имели обширные знания о растениях, животных и широко их применяли в повседневной жизни.

Современная биология - комплексная наука , для которой характерно взаимопроникновение идей и методов различных биологических дисциплин, а также других наук - прежде всего физики, химии и математики.
Основные направления развития современной биологии. В настоящее время условно можно выделить три направления в биологии.

Во-первых, это классическая биология. Ее представляют ученые-натуралисты, изучающие многообразие живой природы . Они объективно наблюдают и анализируют все, что происходит в живой природе, изучают живые организмы и классифицируют их. Неправильно думать, что в классической биологии все открытия уже сделаны.

Во второй половине XX в. не только описано много новых видов, но и открыты крупные таксоны, вплоть до царств (Погонофоры) и даже надцарств (Архебактерии, или Археи). Эти открытия заставили ученых по-новому взглянуть на всю историю развития живой природы, Для настоящих ученых-натуралистов природа -- это самоценность. Каждый уголок нашей планеты для них уникален. Именно поэтому они всегда среди тех, кто остро чувствует опасность для окружающей нас природы и активно выступает в ее защиту.

Второе направление - это эволюционная биология.

В XIX в. автор теории естественного отбора Чарлз Дарвин начинал как обычный натуралист: он коллекционировал, наблюдал, описывал, путешествовал, раскрывая тайны живой природы. Однако основным результатом его работы , сделавшим его известным ученым, стала теория, объясняющая органическое разнообразие.

В настоящее время изучение эволюции живых организмов активно продолжается. Синтез генетики и эволюционной теории привел к созданию так называемой синтетической теории эволюции. Но и сейчас еще есть много нерешенных вопросов, ответы на которые ищут ученые-эволюционисты.

Созданная в начале XX в. нашим выдающимся биологом Александром Ивановичем Опариным первая научная теория происхождения жизни была чисто теоретической. В настоящее время активно ведутся экспериментальные исследования данной проблемы и благодаря применению передовых физико-химических методов уже сделаны важные открытия и можно ожидать новых интересных результатов.

Новые открытия позволили дополнить теорию антропогенеза. Но переход от животного мира к человеку и сейчас еще остается одной из самых больших загадок биологии.

Третье направление - физико-химическая биология, исследующая строение живых объектов при помощи современных физических и химических методов. Это быстро развивающееся направление биологии, важное как в теоретическом, так и в практическом отношении. Можно с уверенностью говорить, что в физико-химической биологии нас ждут новые открытия, которые позволят решить многие проблемы, стоящие перед человечеством.

Развитие биологии как науки. Современная биология уходит корнями в древность и связана с развитием цивилизации в странах Средиземноморья. Нам известны имена многих выдающихся ученых, внесших вклад в развитие биологии. Назовем лишь некоторых из них.

Гиппократ (460 - ок. 370 до н. э.) дал первое относительно подробное описание строения человека и животных, указал на роль среды и наследственности в возникновении болезней. Его считают основоположником медицины.

Аристотель (384-322 до н. э.) делил окружающий мир на четыре царства: неодушевленный мир земли, воды и воздуха; мир растений; мир животных и мир человека. Он описал многих животных, положил начало систематике. В написанных им четырех биологических трактатах содержались практически все известные к тому времени сведения о животных. Заслуги Аристотеля настолько велики, что его считают основоположником зоологии.

Теофраст (372-287 до н. э.) изучал растения. Им описано более 500 видов растений, даны сведения о строении и размножении многих из них, введены в употребление многие ботанические термины. Его считают основоположником ботаники.

Гай Плиний Старший (23-79) собрал известные к тому времени сведения о живых организмах и написал 37 томов энциклопедии «Естественная история». Почти до средневековья эта энциклопедия была главным источником знаний о природе.

Клавдий Гален в своих научных исследованиях широко использовал вскрытия млекопитающих. Он первым сделал сравнительно-анатомическое описание человека и обезьяны. Изучал центральную и периферическую нервную систему. Историки науки считают его последним великим биологом древности.

В средние века господствующей идеологией была религия. Подобно другим наукам, биология в этот период еще не выделилась в самостоятельную область и существовала в общем русле религиозно-философских взглядов. И хотя накопление знаний о живых организмах продолжалось, о биологии как науке в тот период можно говорить лишь условно.

Эпоха Возрождения является переходной от культуры средних веков к культуре нового времени. Коренные социально-экономические преобразования того времени сопровождались новыми открытиями в науке.

Самый известный ученый этой эпохи Леонардо да Винчи (1452 - 1519) внес определенный вклад и в развитие биологии.

Он изучал полет птиц, описал многие растения, способы соединения костей в суставах, деятельность сердца и зрительную функцию глаза, сходство костей человека и животных.

Во второй половине XV в. естественнонаучные знания начинают быстро развиваться. Этому способствовали географические открытия, позволившие существенно расширить сведения о животных и растениях. Быстрое накопление научных знаний о живых организмах вело к разделению биологии на отдельные науки.

В XVI-XVII вв. стали стремительно развиваться ботаника и зоология.

Изобретение микроскопа (начало XVII в.) позволило изучать микроскопическое строение растений и животных. Были открыты невидимые для невооруженного глаза микроскопически малые живые организмы - бактерии и простейшие.

Большой вклад в развитие биологии внес Карл Линней, предложивший систему классификации животных и растений,

Карл Максимович Бэр (1792-1876) в своих работах сформулировал основные положения теории гомологичных органов и закона зародышевого сходства, заложившие научные основы эмбриологии.

В 1808 г. в работе «Философия зоологии» Жан Батист Ламарк поставил вопрос о причинах и механизмах эволюционных преобразований и изложил первую по времени теорию эволюции.

Огромную роль в развитии биологии сыграла клеточная теория, которая научно подтвердила единство живого мира и послужила одной из предпосылок возникновения теории эволюции Чарлза Дарвина. Авторами клеточной теории считают зоолога Теодора Iванна (1818-1882) и ботаника Маттиаса Якоба Шлейдена (1804-1881).

На основе многочисленных наблюдений Ч. Дарвин опубликовал в 1859 г. свой основной труд «О происхождении видов путем естественного отбора или Сохранении благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь», в котором сформулировал основные положения теории эволюции, предложил механизмы эволюции и пути эволюционных преобразований организмов.

В XIX в. благодаря работам Луи Пастера (1822-1895), Роберта Коха (1843-1910), Ильи Ильича Мечникова в качестве самостоятельной науки оформилась микробиология.

XX век начался с переоткрытия законов Грегора Менделя, что ознаменовало собой начало развития генетики как науки.

В 40-50-е годы XX в. в биологии стали широко использоваться идеи и методы физики, химии, математики, кибернетики и других наук, а в качестве объектов исследования - микроорганизмы. В результате возникли и стали бурно развиваться как самостоятельные науки биофизика, биохимия, молекулярная биология, радиационная биология, бионика и др. Исследования в космосе способствовали зарождению и развитию космической биологии.
В XX в. появилось направление прикладных исследований - биотехнология. Это направление, несомненно, будет стремительно развиваться и в XXI в. Более подробно об этом направлении развития биологии вы узнаете при изучении главы «Основы селекции и биотехнологии».

В настоящее время биологические знания используются во всех сферах человеческой деятельности: в промышленности и сельском хозяйстве, медицине и энергетике.

Чрезвычайно важное значение имеют экологические исследования. Мы, наконец, стали осознавать, что хрупкое равновесие, существующее на нашей маленькой планете, легко разрушить. Перед человечеством встала грандиозная задача - сохранение биосферы с целью поддержания условий существования и развития цивилизации. Без биологических знаний и специальных исследований решить ее невозможно. Таким образом, в настоящее время биология стала реальной производительной силой и рациональной научной основой отношений между человеком и природой.

Классическая биология. Эволюционная биология. Физико-химическая биология.

1. Какие направления в развитии биологии вы можете выделить?
2. Какие великие ученые древности внесли заметный вклад в развитие-биологических знаний?
3. Почему в средние века о биологии как науке можно было говорить лишь условно?
4. Почему современную биологию считают комплексной наукой?
5. Какова роль биологии в современном обществе?
6. Подготовьте сообщение на одну из следующих тем:
7. Роль биологии в современном обществе.
8. Роль биологии в космических исследованиях.
9. Роль биологических исследований в современной медицине.
10. Роль выдающихся биологов - наших соотечественников в развитии мировой биологии.

Насколько изменились взгляды ученых на разнообразие живого, можно продемонстрировать на примере разделения живых организмов на царства. Еще в 40-е годы XX столетия все живые организмы делились на два царства: Растения и Животные. В царство растений включались также бактерии и грибы. Позднее более детальное изучение организмов привело к выделению четырех царств: Прокариоты (Бактерии), Грибы, Растения и Животные. Данная система приводится в школьной биологии.

В1959 г. было предложено делить мир живых организмов на пять царств: Прокариоты, Протисты (Простейшие), Грибы, Растения и Животные.

Данная система часто приводится в биологической (особенно переводной) литературе.

Разработаны и продолжают разрабатываться и другие системы, включающие 20 и более царств. Например, предложено выделить три надцарства: Прокариоты, Археи (Архебактерии) и Эукариоты, Каждое надцарство включает несколько царств.

Каменский А. А. Биология 10-11 класс
Отправлено читателями с интернет-сайта

Онлайн библиотека с учениками и книгами, плани-конспекти уроков с Биологии 10 класса, книги и учебники согласно календарного плана планирование Биологии 10 класса

Содержание урока конспект урока и опорный каркас презентация урока интерактивные технологии акселеративные методы обучения Практика тесты, тестирование онлайн задачи и упражнения домашние задания практикумы и тренинги вопросы для дискуссий в классе Иллюстрации видео- и аудиоматериалы фотографии, картинки графики, таблицы, схемы комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты Дополнения

Гистология как самостоятельная наука выделилась в начале XIX века. Предысторию гистологии составили результаты многочисленных макроскопических (визуальных) исследований составных частей различных животных и растительных организмов. Решающее значение для становления гистологии как науки о строении тканей имело изобретение микроскопа, первые образцы которого были созданы в начале XVII века (Г. и 3. Янсены, Г. Галилей и др.). Одно из самых ранних научных исследований с помощью микроскопа собственной конструкции провел английский ученый Роберт Гук (1635-1703). Он изучал микроскопическое строение многих предметов. Все изученные объекты Р. Гук описал в книге "Микрография или некоторые физиологические описания мельчайших тел, выполненные при посредстве увеличительных стекол...", изданной в 1665 г. Из своих наблюдений Р. Гук сделал вывод о широком распространении пузырьковидных клеток, или ячеек, в растительных объектах и впервые предложил термин "клетка".

В 1671 г. английский ученый Н. Грю (1641-1712) в своей книге "Анатомия растений " писал о клеточном строении как о всеобщем принципе организации растительных организмов. Н. Грю впервые ввел в употребление термин "ткань" для обозначения растительной массы, поскольку последняя напоминала по своей микроскопической конструкции ткани одежды. В том же году итальянец Дж. Мальпиги (1628-1694) дал систематическое и детальное описание ячеистого (клеточного) строения различных растений. В дальнейшем постепенно накапливались факты, свидетельствующие о том, что не только растительные, но и животные организмы состоят из клеток. Во второй половине XVII века А. Левенгук (1632-1723) открыл мир микроскопических животных и впервые описал красные кровяные тельца и мужские половые клетки.

На протяжении всего XVIII века происходило постепенное накопление фактов о клеточном строении растений и животных . Клетки животных тканей подробно исследовали и описали чешский ученый Ян Пуркиня (1787-1869) и его ученики в начале XIX века.

Большое значение для развития знаний о микроскопическом строении организмов имело дальнейшее усовершенствование микроскопов. В XVIII веке микроскопы производились уже в большом количестве. В Россию они впервые были привезены из Голландии Петром I. Позднее при Академии наук в Петербурге была организована мастерская по изготовлению микроскопов. Для развития микроскопии в России многое сделал М.В. Ломоносов, предложивший ряд технических усовершенствований конструкции микроскопа и его оптической системы. Вторая половина XIX века знаменательна бурным усовершенствованием микроскопической техники. Были созданы новые конструкции микроскопов, и, благодаря изобретению иммерсионных объективов (водная иммерсия стала применяться с 1850 г., масляная - с 1878 г.), разрешающая способность оптических приборов увеличилась в десятки раз. Параллельно с совершенствованием микроскопа развивалась и техника приготовления микроскопических препаратов.

Если раньше объекты исследовали под микроскопом сразу после их выделения из растений или животных без какой-либо предварительной подготовки, то теперь стали прибегать к разнообразным методам их обработки, которые позволяли сохранять структуру биологических объектов. Были предложены разные способы фиксации материала. В качестве фиксирующих средств нашли применение хромовая, пикриновая, осмиевая, уксусная и другие кислоты, а также их смеси. Простой и во многих случаях незаменимый фиксатор - формалин - впервые был применен для фиксации биологических объектов в 1893 г.

Изготовление препаратов , пригодных для исследования в проходящем свете, стало возможным после разработки методов заливки кусочков в плотные среды, что облегчало получение тонких срезов. Изобретение специальных конструкций для резки - микротомов - в лаборатории Я. Пуркиня значительно улучшило технику изготовления гистологических препаратов. В России первый микротом сконструировал киевский гистолог П.И. Перемежко. Для усиления контрастности структур стали прибегать к окрашиванию срезов различными красителями. Первым гистологическим красителем, окрашивающим ядра клеток, нашедшим широкое применение (начиная с 1858 г.), был кармин. Другой ядерный краситель - гематоксилин - стал применяться с 1865 г., однако долгое время его свойства не были оценены в полной мере. Ко второй половине XIX века уже употребляли анилиновые красители, были разработаны метод импрегнации тканей нитратом серебра (К. Гольджи, 1873) и окраска нервной ткани метиленовым синим (А.С. Догель, А.Е. Смирнов, 1887).

Благодаря фиксации биологического материала и получению из него тончайших окрашенных срезов исследователи конца XIX века имели возможность значительно глубже проникнуть в тайны строения тканей и клеток, на основе чего был сделан ряд величайших открытий. Так, в 1833 г. Р. Браун открыл постоянный компонент клетки - ядро. В 1861 г. М. Шультце утвердил взгляд на клетку, как на "комочек протоплазмы с лежащим внутри него ядром". Главными составными частями клетки стали считать ядро и цитоплазму. В 70-х годах XIX века группой исследователей одновременно и независимо друг от друга был открыт непрямой способ деления клеток - кариокинез, или митоз. В работах И.Д. Чистякова (1874), О. Бючли (1875), Э. Страсбургера (1875), В. Майзеля (1875), П.И. Перемежко (1878), В. Шлейхера (1878), В. Флемминга (1879) и др. были описаны и проиллюстрированы все стадии непрямого клеточного деления. Это открытие имело большое значение для развития знаний о клетке. Оно послужило также основой для более глубокого изучения такого важнейшего биологического процесса как оплодотворение. Изучение митоза и оплодотворения привлекло особое внимание исследователей к ядру клетки и выяснению его значения в процесе передачи наследственных свойств. В 1884 г. О. Гер-твиг и Э. Страсбургер независимо друг от друга высказали гипотезу о том, что хроматин является материальным носителем наследственности.

Объектом пристального внимания ученых стали хромосомы . Наряду с изучением ядра клетки, тщательному анализу была подвергнута и цитоплазма.

Успехи микроскопической техники обусловили открытие в цитоплазме органелл - постоянных и высокодифференцированных ее элементов, имеющих определенное строение и выполняющих жизненно важные для клетки функции. В 1875-76 гг. немецким биологом О. Гертвигом и бельгийским ученым Ван-Бенеденом был открыт клеточный центр, или центросома; а в 1898 г. итальянским ученым К. Гольджи - внутриклеточный сетчатый аппарат (комплекс Гольджи). В 1897 г. К. Бенда - в животных клетках, а в 1904 г. - Ф. Мевес - в растительных клетках описали хондриосомы, которые позднее стали называться митохондриями.

Таким образом, к концу XIX века на основе успешного развития микроскопической техники и анализа данных о микроскопическом строении клетки был накоплен колоссальный фактический материал, позволивший выявить ряд важнейших закономерностей в строении и развитии клеток и тканей. В это время учение о клетке выделилось в самостоятельную биологическую науку - цитологию.