Что изучает живую природу
Биология как наука. Изучение природы. Организация живой природы
Предмет, задачи и методы биологии
Многообразие живой природы настолько велико, что современная биология представляет собой комплекс биологических наук, значительно отличающихся одна от другой. При этом каждая имеет собственный предмет изучения, методы, цели и задачи.
Система биологических наук
Биологические науки можно разделить по направлениям исследований.
| НАУКА | ПРЕДМЕТ ИЗУЧЕНИЯ |
| Науки, изучающие систематические группы живых организмов | |
| Вирусология | Наука о вирусах |
| Микробиология | Наука о микроорганизмах |
| Микология | Наука о грибах |
| Ботаника (фитология) | Наука о растениях |
| Зоология | Наука о животных |
| Антропология | Наука о человеке |
| Науки, изучающие структуру, свойства и проявления жизни | |
| Анатомия | Наука о внутреннем строении |
| Морфология | Наука о внешнем строении |
| Физиология | Наука о жизнедеятельности целостного организма и его частей |
| Генетика | Наука о наследственности и изменчивости организмов отдельных организмов |
| Науки, изучающие разные уровни организации всего живого | |
| Молекулярная биология | Наука о свойствах и проявлении жизни на молекулярном уровне |
| Цитология | Наука о клетках |
| Гистология | Наука о тканях |
| Науки, изучающие структуру, свойства и проявления коллективной жизни и сообществ живых организмов | |
| Экология | Наука об отношениях живых организмов между собой и с окружающей их средой |
| Биогеография | Наука о закономерностях географического распространения живых организмов |
| Науки о развитии живой материи | |
| Биология индивидуального развития | Наука о развитии живого организма от момента его зарождения до смерти |
| Эволюционное учение | Наука об историческом развитии живой природы |
| Палеонтология | Наука о развитии жизни в прошлые геологические времена |
| Науки, использующие различные методы исследований | |
| Биохимия (на стыке биологии и химии) | Наука о химических веществах и процессах в живых организмах |
| Биофизика (на стыке биологии и физики) | Наука о физических и физико-химических явлениях в живых организмах |
| Прикладные науки | |
| Биотехнология | Совокупность методов получения полезных для человека продуктов и явлений с помощью живых организмов |
| Бионика | Разработка технических устройств по подобию живых систем |
| Растениеводство | Разработка технологий выращивания сельскохозяйственных растений |
| Животноводство | Разработка технологий выращивания сельскохозяйственных животных |
| Ветеринария | Разработка технологий лечения сельскохозяйственных животных |
Методы биологии
Современная биология располагает широким набором методов исследования. Основными являются следующие методы.
| Название метода | Характеристика |
| Метод наблюдения и описания | Сбор и описание фактов |
| Метод измерений | Измерение характеристик объектов |
| Сравнительный метод | Анализ сходства и различий изучаемых объектов |
| Исторический метод | Изучение хода развития исследуемого объекта |
| Метод эксперимента | Изучение явления природы в заданных условиях |
| Метод моделирования | Описание сложных природных явлений относительно простыми моделями |
| Метод прогнозирования | Предсказание будущего объекта или процесса |
Связь биологии с другими науками. Биология принадлежит к комплексу естественных наук, то есть наук о природе, и тесно связана с другими науками:
Уровни организации живой природы
Иерархичность организации живой материи позволяет условно подразделить её на ряд уровней. Уровень организации живой материи — это функциональное место биологической структуры определённой степени сложности в общей иерархии живого.
Выделяют следующие уровни организации живой материи.
Уровни организации живой материи
| Уровень | Характеристика |
| Молекулярный (молекулярно-генетический) | На этом уровне живая материя организуется в сложные высокомолекулярные органические соединения, такие как белки, нуклеиновые кислоты и др. |
| Субклеточный (надмолекулярный) | На этом уровне живая материя организуется в органоиды: хромосомы, клеточную мембрану, эндоплазматическую сеть, митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы, рибосомы и другие субклеточные структуры. |
| Клеточный | На этом уровне живая материя представлена клетками. Клетка является элементарной структурной и функциональной единицей живого. |
| Органно-тканевой | На этом уровне живая материя организуется в ткани и органы. Ткань — совокупность клеток, сходных по строению и функциям, а также связанных с ними межклеточных веществ. Орган — часть многоклеточного организма, выполняющая определённую функцию или функции. |
| Организменный (онтогенетический) | На этом уровне живая материя представлена организмами. Организм (особь, индивид) — неделимая единица жизни, её реальный носитель, характеризующийся всеми её признаками. |
| Популяционно-видовой | На этом уровне живая материя организуется в популяции. Популяция — совокупность особей одного вида, образующих обособленную генетическую систему, которая длительно существует в определённой части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида. Вид — совокупность особей (популяций особей), способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства и занимающих в природе определённую область (ареал). |
| Биоценотический | На этом уровне живая материя образует биоценозы. Биоценоз — совокупность популяций разных видов, обитающих на определённой территории. |
| Биогеоценотический | На этом уровне живая материя формирует биогеоценозы. Биогеоценоз — совокупность биоценоза и абиотических факторов среды обитания (климат, почва). |
| Биосферный | На этом уровне живая материя формирует биосферу. Биосфера — оболочка Земли, преобразованная деятельностью живых организмов. |
Необходимо отметить, что биогеоценотический и биосферный уровни организации живой материи выделяют не всегда, поскольку они представлены биокосными системами, включающими не только живое вещество, но и неживое. Также часто не выделяют субклеточный и органно-тканевой уровни, включая их в клеточный и организменный соответственно.
Естествознание, или науки о живой и неживой природе
Естествознание представляет собой комплекс наук о природе, включающий в себя сотни дисциплин. Все они направлены на познание мира. Естествознание выступает теоретической основой жизнеобеспечения человека. По объекту исследования различают науки о живой природе и науки о неживой природе. Изучением живой природы занимается биология. Физика изучает явления и процессы, которые происходят в окружающем мире.
Науки, изучающие природу
Все, что существует вокруг человека и произошло без его участия, называется природой. Человек изучает ее на протяжении многих тысячелетий. Со временем знаний становилось все больше, а сами люди старались глубже постичь природу. Так начали развиваться различные естественные науки. Предметы в природе называются телами, а все, что с ними происходит – явлениями. И тех и других огромное количество, поэтому и естественных наук тоже много. Одни из них изучают вещества и явления, а другие — различные тела. Научная деятельность не только удовлетворяет любопытство, но и реализует практические цели, направленные на улучшение качества жизни человека.
Ниже рассмотрены семь базовых естественных наук, изучающих окружающую нас природу:
Астрономия
Наука изучает происхождение небесных тел, их строение, состав и движение в космосе. Астрономия не существует как обособленная наука. Она напрямую связана с геодезией и картографией. Древние навигационные карты составлялись на основе наблюдений за небесными телами. Астрономия имеет огромную связь с химией и биологией в вопросах происхождения химических элементов, и зарождения жизни на нашей планете. Первые научные открытия были сделаны на заре цивилизации, а изобретение телескопа произвело прорыв. Ученые открывали новые галактики, измеряли расстояния до звезд, находили на других планетах воду и лед. Такие достижения являются определяющими моментами в жизни человека. Астрономия показывает, что человек — всего лишь частица природы в огромной Вселенной. Но даже самые примитивные знания о космосе, существенно повышают нашу осведомленность и интеллектуальный уровень.
Физика
В самом широком смысле физика – это наука о природе и ее законах, о материи, ее структуре, и движении. Она изучает вещество, энергию и закономерности, определяющие эволюцию. Каждая теория описывает явления окружающего мира, а совокупность знаний представляет его физическую картину. Именно благодаря физике человек может как можно глубже понять природу и различные явления. Считается, что она выступает основой естествознания. Физика устанавливает универсальные законы, которые действительны не только на Земле, но и во Вселенной, объясняет явления природы с точки зрения фундаментальных принципов и понятий. Физика имеет непосредственную связь с астрономией, математикой, химией. Граница между этими науками достаточно условна. Различают три уровня строения материи: микромир, макромир и мегамир. Все они взаимосвязаны друг с другом и являются объектом взаимного изучения физиков, химиков, биологов и астрономов. Планета Земля и ее природа представляют макромир.
Химия
Химия изучает состав элементов, их превращения и реакции. Каждое вещество обладает уникальными свойствами. Наука тесно связана с биологией, физикой, геологией. Жизнь на Земле является цепочкой химических превращений. Организмы поглощают из окружающего мира одни вещества и выделяют другие. Изучение их жизнедеятельности и природы в целом невозможно без знаний химических процессов, которые в них происходят. Практическая химия возникла на заре цивилизации, когда люди научились использовать огонь. Гончарное производство, металлургия, изготовление лекарств, красок — постепенно химия входила в жизнь человечества. На сегодняшний день химия играет огромную роль в жизни человека. Она интегрирует с остальными науками и является одной из основ естествознания.
География
Наука изучает биосферу Земли, гидросферу, атмосферу и почвенный покров. Ее объектом является географическая оболочка, природные комплексы и их компоненты. Социально-экономическая география состоит из экономической, социальной, политической, культурной и исторической географии. Немаловажным аспектом дисциплины является взаимодействие природы и человека в естественной среде. Очень трудно на сегодняшний момент разграничить географию и геологию. Наука напрямую связана также с физикой и астрономией. Сегодня большая часть земной поверхности видоизменена под влиянием хозяйственной деятельности человека. География включает в себя научные и практические мероприятия по сохранению природы в целом.
Геология
Объектом изучения геологии являются недра Земли. Наука начала самостоятельно развиваться во второй половине XVIII в. Геологией называют совокупность знаний о составе, строении и эволюции природных тел, а также размещении минеральных ресурсов. Она рассказывает, как сформировалась планета и каким изменениям подвергалась за время своего существования. Современная геология не может существовать без связей с географическими и физическими дисциплинами.
Биология
Предметом исследования науки являются вымершие и ныне существующие организмы, их строение, развитие, взаимодействие, распространение и т. д. Она включает в себя ботанику, зоологию, цитологию, генетику, биохимию, анатомию и другие области знаний. Достижения биологии позволяют искоренять болезни, создавать продукты питания, существенно повышать результаты сельскохозяйственной деятельности. Благодаря изучению биологических законов человек может вести правильную природоохранную деятельность и рационально использовать ресурсы.
Экология
Экология сформировалась в начале XX столетия как часть биологии, но сегодня, как правило, рассматривается в качестве отдельной науки. Она изучает взаимодействие живых организмов и их связь с природой. Научно-технический прогресс оказал негативное влияние на окружающий мир. В результате деятельности человека были преобразованы огромные территории. Это вылилось в загрязнения внешней среды, истощения природных ресурсов и уничтожение крупных природных комплексов. Конфликт с природой грозит катастрофой. Экология призвана решить эти проблемы, не допустить гибель живых организмов и создать систему рационального природопользования.
Биология — наука о живой природе
С детства мы знакомимся с животным и растительным миром. И часто задаём себе много вопросов, как всё устроено. А для того чтобы понять все моменты, нам необходимы дополнительные знания. Наука биология даёт ответы на все эти вопросы, и на многие другие.
Биология ─ откуда пошло это название? От греческих слов: βίος означает «жизнь», а λόγος ─ «учение». Значит, биология — это наука о жизни, о живых организмах, обитающих на Земле.
Биология изучает, как устроены организмы, как работают те или иные органы, как все растёт, развивается, размножается, откуда происходят организмы и почему они обитают в тех или иных местах на Земле. И многое, многое другое.
Изучить все области биологии сразу трудно. Поэтому выделяют ряд самостоятельных наук и направлений.
Например, наука вирусология изучает вирусы, микробиология занимается изучением микроорганизмов, микология — это наука о грибах, ботаника — наука о растениях, зоология — наука о животных, антропология — наука о человеке.
Каждая из этих дисциплин ещё делится на ряд наук. Например, в зоологии выделяются такие науки, как энтомология — наука о насекомых, ихтиология — о рыбах, териология — о млекопитающих и др. В ботанике выделяются: альгология — наука о водорослях, бриология — о мхах, дендрология — о древесных растениях и др.
Биологические науки тесно связаны с физикой, химией, математикой, географией. Всех их объединяет не только предмет изучения — природа, но и методы, которыми пользуются исследователи для нахождения ответов на все поставленные вопросы.
Наиболее общими методами исследования биологии являются: наблюдение (позволяет описать биологические явления), ещё один метод ─ сравнение (оно даёт возможность найти что-то в строении и жизнедеятельности разных организмов), эксперимент, или опыт (помогает изучать свойства биологических объектов в каких-то определённых условиях), моделирование (позволяет смоделировать многие процессы, которые трудно наблюдать), исторический метод (позволяет познать процессы развития живой природы).
Итак, вы поняли, что биология — предмет не простой, но очень интересный, так как он приоткрывает завесы многих тайн, которыми интересовался человек с давних времён.
Ответы на сложнейшие вопросы человек находил не сразу. Биология развивалась постепенно. В разных уголках планеты в разные века учёные делали величайшие открытия. Их накопленный опыт дошёл и до нас. И теперь мы с вами изучив биологию, сможем ответить на многие вопросы.
А с открытием микроскопа в науке произошли кардинальные изменения. Человеку открылся тайный, неведомый мир.
С помощью светового микроскопа можно видеть детали, расстояние между которыми составляет до 0,2 мкм.
Микроскоп, как нередко говорят учёные, «сделал доступным наблюдению новый мир». Микроскопические наблюдения, после открытия живой клетки заставили резко изменить взгляд на природу материи.
История открытия клетки берет своё начало с тех времён, когда английский учёный Роберт Гук в 1665 году, пытаясь понять, почему пробковое дерево хорошо плавает, стал рассматривать тонкие срезы пробки с помощью усовершенствованного им микроскопа.
Он обнаружил, что пробка разделена на множество крошечных ячеек, напомнивших ему соты в ульях медоносных пчёл, и он назвал эти ячейки клетками.
В 1674 году голландский мастер Антоний ван Левенгук с помощью микроскопа впервые увидел в капле воды инфузорий ─ движущихся живых организмов.
Давайте и мы познакомимся с микроскопическим миром.
Заглянем внутрь арбуза, лимона, лука и томата. Вот спелый арбуз — излюбленная многими ягода. Почему ягода?
С точки зрения ботаники (науки о растениях), ягода — это сочный многосемянный плод. Если у плода есть сочная мякоть и внутри него много семян — можете не сомневаться, это — ягода (смородина, крыжовник, виноград, например).
Если посмотреть на срез арбуза, то можно заметить множество шарообразных пузырьков — это клетки. У арбуза они очень крупные и видны в лупу.
Если посмотреть на клетки в микроскоп, то мы можем увидеть многие клеточные структуры. Это клеточная стенка, ядро в котором заключена большая часть наследственного материала. Цитоплазма ─ полужидкое содержимое клетки. Также мы наблюдаем вакуоль. Сок, который содержится в плодах, сосредоточен именно в вакуолях растительной клетки. Мы откусываем кусок арбуза, повреждая при этом вакуоль, и его содержимое — клеточный сок ─ вытекает наружу.
Рассмотрим под микроскопом кожицу лука. Для этого приготовим микропрепарат. Для начала возьмём чистое предметное стекло. Протрём его чистой салфеткой, чтобы на неё не было разводов и отпечатков пальцев. Теперь нанесём на предметное стекло 1−2 капли воды. Возьмём луковицу и разрежем её вдоль, снимем наружные чешуи.
При помощи пинцета осторожно снимем маленький кусочек прозрачной кожицы с внутренней поверхности чешуи лука. Положим кусочек кожицы в каплю воды. С помощью пинцета поверх поместим покровное стекло. Рассмотрим микропрепарат под микроскопом.
Для того чтобы клеточные структуры были хорошо видны, окрасим микропрепарат раствором йода. Добавим 1 каплю йода на край покровного стекла. Теперь рассмотрим окрашенный препарат сначала при малом увеличении. На микропрепарате видны продолговатые клетки, плотно прилегающие одна к другой. Теперь мы можем рассмотреть клетки и при большем увеличении.
Мы видим плотную прозрачную оболочку с более тонкими участками — порами. Внутри клетки находится бесцветное полужидкое содержимое — цитоплазма (окрашенная йодом). В цитоплазме находится небольшое плотное ядро.
Почти во всех клетках, особенно в старых, хорошо заметны полости — вакуоли.
А каковы клетки лимона? Посмотрим на них в микроскоп. Для этого сделаем тонкий срез мякоти и положим его в каплю воды на предметное стекло.
Клетки лимона жёлтые благодаря пигментам. Именно пигменты окрашивают организмов в различные цвета. Клеточный сок лимона богат лимонной, аскорбиновой и яблочной кислотами, оттого он такой кислый.
А вот микропрепарат мякоти томата. Он имеет красный цвет ─ также за счёт пигментов.
Клетки томата имеют те же клеточные структуры, что и предыдущие рассмотренные нами клетки.
Вам интересно, каковы клетки зелёного растения под микроскопом?
Посмотрим на лист элодеи. Элодея — это водное растение. Оно пускает длинные, сильно разветвлённые стебли, растущие чрезвычайно быстро и достигающие нередко длины более двух метров.
При малом увеличении мы наблюдаем зелёные округлые структуры. Это хлоропласты. Именно благодаря этим небольшим тельцам растения в присутствии света способны вырабатывать кислород, который необходим для нашего с вами существования.
При большом увеличении мы видим, что хлоропласты движутся. На самом деле это движется цитоплазма. Благодаря этому происходит распределение важных веществ внутри клетки.
Посмотрим на кожицу листа примулы. Что мы видим? Какие-то округлые поры. Действительно, это поры листа, в ботанике их называют «устьица», они находятся на нижнем или верхнем слое кожицы листа растения, через них происходит испарение воды и газообмен с окружающей средой.
Попробуем рассмотреть под микроскопом не только растительный мир, но и животный. Это проба, взятая в озере. Возьмём каплю воды с её дна и нанесём на предметное стело.
Вот амёба обыкновенная. Это маленький (0,2−0,5 мм), едва заметный простым глазом бесцветный студенистый организм, постоянно меняющий свою форму.
Амёба состоит из одной клетки, эта клетка — целый организм, ведущий самостоятельное существование.
Мы наблюдаем, как она при помощи своих ложноножек захватывает пищу. Благодаря микроскопу невидимый глазу мир становится видимым.
А сейчас мы ответим на вопросы, которые были заданы нами в начале урока.
Почему цветы цветные, а листья зелёные?
Дело в том, что у листьев и цветов разные задачи. Листья зелёные за счёт хлорофилла. Мы видели его в микроскоп, на микропрепарате элодеи.
Цветы растений служат для продолжения рода. Они имеют яркую окраску для привлечения к себе насекомых и других животных, которые способствуют размножению, перенося пыльцу от одного растения к другому.
Сладкий аромат цветов также привлекает насекомых и животных. Этот запах исходит от нектара — богатого сахарами сока. Он является основным продуктом питания для многих насекомых.
Существуют также растения, которые может опылять только один-два вида насекомых. Например, клевер «дружит» лишь с пчёлами и шмелями — строение его цветка специально приспособлено под их хоботки.
Следующий вопрос: почему пчела окрашена в черно-жёлтую полоску?
На фоне ярких цветов пчёлы могут быть замечены насекомоядными животными. Поэтому их окрас предостерегающий, яркий, резко контрастирующий с окружающим фоном. Их яркая гамма приобретает, таким образом, общепонятное условное значение: «Не трогать — ядовито!»
Предостерегающая окраска свойственна и другим насекомым. Например, божьи коровки также яркие, красные, с чёрными пятнами. Если вы брали их в руки, то наверняка замечали, что они выделяют оранжевый секрет, он ядовит. Поэтому птицы их не склёвывают.
Чем питается ёжик и почему он такой колючий?
Все из вас видели картинки, где ёжики тащат на своих иголках яблоки. Яблоки ежи едят, но не так часто, как принято это считать.
Обыкновенный ёж поедает жуков, червей, личинок, слизней и улиток, и других организмов.
Глубокой осенью ёжики прячутся в норы, зарываются в листья и впадают в зимнюю спячку. На спине, боках и голове ёжика имеются иглы. У обыкновенного ежа они короткие, не более 3 см. И если бы не острые иголки, покрывающие спину и бока ежа, он быстро бы стал лакомой добычей какого-нибудь хищника.
В случае опасности ёж сворачивается плотным клубком, прикрывая бронёй из острых игл ноги, морду и живот. Единственным животным, представляющим для ежа реальную опасность, является барсук: своими длинными когтями он может развернуть колючий шар и добраться до не защищённого иглами брюха.