20 век

20 век характеризуется развитием
новых биологических дисциплин и подъёмом исследований в "классических"
отраслях Б., в т. ч. на основе дальнейшей специализации или интеграции
старых разделов. Особенно интенсивно развиваются в 20 веке генетика, цитология,
физиология животных и растений, биохимия, эмбриология, эволюц. учение,
экология, учение о биосфере, а также микробиология, вирусология, паразитология
и мн. др. отрасли Б.

Отправным пунктом развития генетики стал
менделизм,
подкреплённый рядом обобщений, в т. ч. мутационной теорией голл. учёного
X. де Фриза (1901-03), сыгравшей, несмотря на ошибочность мн. положений,
важную роль в подготовке синтеза генетики и теории эволюции. Были разработаны
понятия ген, генотип, фенотип (дат. учёный В. Иогансен, 1909), обоснована
хромосомная теория наследственности (амер. учёные Т. X. Морган,
А. Стёртевант, Г. Дж. Мёллер, К. Брид-жес и др.). Важное методологич. значение
приобрёл вопрос о причинах возникновения наследств, изменений - мутаций.
Доказательства влияния на мутационный процесс физич., а затем и химич.
факторов (рус. учёные Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов, 1925, В. В. Сахаров,
1932, и др. и особенно амер. учёные Г. Дж. Мёллер, 1927, Л. Стедлер, 1928,
и др.) окончательно опровергли автогенегич. концепции (см. Автогенез)
генетиков, подчёркивавших самопроизвольный характер возникновения мутаций,
и твёрдо обосновали материалистич. трактовку мутагенеза.

Биохимич. природа генов и матричный принцип
их воспроизведения сначала постулировались чисто теоретически в форме представления
о "наследственных молекулах" (Н. К. Кольцов, 1927 и позже). В дальнейшем
с помощью явлений трансдукции и трансформации у микроорганизмов
удалось доказать, что носителями генетич. информации являются нити дезоксирибонуклеиновой
кислоты (ДНК), заключённые в хромосомах (1944). Эти открытия положили
начало молекулярной генетике. Выяснение структуры молекул ДНК (амер. учёный
Дж. Уотсон и англ.- Ф. Крик, 1953) и разработка методов их выделения из
вирусов и бактерий позволили добиться синтеза ДНК in vitro на основе ДНК
фага. Оказалось, что синтезированная ДНК обладает такой же инфекционно-стью,
как и исходная ДНК фага (амер. учёный А. Корнберг, 1967).

На основе внедрения в Б. методов физики,
химии, математики и др., а также успехов в области познания структуры белков,
закономерностей
их синтеза, передачи и осуществления наследств, факторов расширяется круг
исследований на молекулярном уровне. Расшифрована последовательность расположения
аминокислот св. чем в 200 белках, выяснены их вторичная структура и способ
укладки полипептидных нитей в молекуле белка. На гигантских хромосомах
из клеток слюнной железы дрозофилы была доказана нуклеопротеидная структура
хромосом. Удалось очистить вирус табачной мозаики, показав нуклеопротеидную
структуру вирусов и фагов.

Науки, изучающие индивидуальное развитие
организмов, также добились значит, успехов: разработаны методы экспериментального
партеногенеза
и андрогенеза, изучена детерминация развития частей и органов
зародыша [учения о "градиентах" (амер. учёный Ч. Чайлд, 1915 и позже),
об "организаторах" (нем.- X. Шпеман, 1921 и позже)], заложены основы сравнит.-эмбриологич.
направления в Б. развития (рус.-Д. П. Филатов). Важные достижения имеются
в регуляции процессов восстановления тканей и органов (см. Регенерация)
и их пересадке (см. Трансплантация),
что имеет большое значение
для восстановит, хирургии. Глубже изучены иммунология групп крови, свойства
и структура антител, вырабатываемых организмом в ответ на вторжение
антигенов.

Значит, успехи достигнуты в физиологии
и
биохимии животных: учение об условных рефлексах, разработанное
И. П. Павловым; бурное развитие нейрофизиологии: изучение физиологии и
биохимии мышечного сокращения; выделение и всестороннее исследование ферментов,
определяющих направление и скорость различных процессов биосинтеза, и осуществление
с их помощью синтеза гормонов (инсулин и др.), витаминов, ферментов (рибонуклеаза
и др.) и иных биологически активных веществ. Физиология растений добилась
успехов в познании химии фотосинтеза, в изучении участвующих в нём
пигментов и прежде всего хлорофилла, к-рый удалось искусственно синтезировать.
Есть успехи в изучении роста и развития растений, напр, выделены и частично
синтезированы нек-рые гормоны роста (ауксины, гиббереллины).

Многие исследования, в т. ч. и сов. биологов,
имели не только теоретич., но и важное прикладное значение, напр, для медицины
или с. х-ва. Таковы учение о трансмиссивных заболеваниях и природной очаговостн
Е. Н. Павловского, капитальные труды по паразитологии В. А. Догеля, В.
Н. Беклемишева и К. И. Скрябина, закон гомологич. рядов в наследственной
изменчивости и учение о центрах происхождения культурных растений Н. И.
Вавилова и мн. др.

Существенное развитие получила эволюц.
теория. Так, в 20-30-х гг. был осуществлён синтез дарвинизма и генетику
Вскрытие роли в эволюции популяций как мутационного процесса, так
и динамики численности и изоляциях при направляющем действии отбора, позволило
разработать совр. эволюционные представления, подкрепляющие, углубляющие
и развивающие дарвинизм. Теоретич. анализ этих процессов дали рус. учёный
С. С. Четвериков (1915, 1926), амер.- С. Райт (1921-32), англ.-Дж. Б. С.
Холдейн (1924-32) и Р. Фишер (1928-30). Изучение природных популяций подтвердило
правильность этого анализа и раскрыло сущность микроэволюции - процессов,
протекающих на уровне до видообразования. Выделение микро- и макроэволюц.
уровней способствовало разработке теории факторов эволюции (сов. биолог
И. И. Шмальгаузен и др.), обоснованию главных типов эволюции и вычленению
из них в качестве основных - ароморфозов и идиоадаптаций (А.
Н. Северцов), развитию представлений о темпах и формах эволюции.

Большие успехи достигнуты в изучении закономерностей
образа жизни организмов и их связи со средой обитания, т. е. в экологии
как особей и популяций, так и сложных сообществ (биоценозов и экосистем).
Выявлены закономерности связи условий среды с распределением организмов
в пространстве и времени; особенности сложной структуры популяций и биоценозов;
факторы, определяющие динамику численности популяций, и др. фундаментальные
зависимости. Созданы концепции трофич. уровней, цепей питания, жизненных
форм, эколо-гич. ниш, биологич. продуктивности и связанных с ней понятий
и представлений. Крупнейшим достижением Б. является создание сов. учёными
В. И. Вернадским биогеохимии и учения о биосфере (1926) и В. Н. Сукачёвым
- биогеоценологии, к-рые составят науч. основу взаимоотношений человечества
со средой своего обитания - биосферой Земли.

Развитие большинства из упомянутых и др.
важных направлений совр. Б. было подготовлено в СССР науч. деятельностью
мн. выдающихся биологов. Помимо названных, следует вспомнить имена биохимиков
А. Н. Баха, В. С. Гулевича, А. Р. Кизеля, В. И. Палладина, Я. О. Парнаса,
Д. Н. Прянишникова; физиологов В. М. Бехтерева, Н. Е. Введенского, Л. А.
Орбели, А. Ф. Самойлова, А. А. Ухтомского; микробиологов Б. Л. Исаченко,
В. Л. Омелянского, В. О. Таусона; ботаников В. Л. Комарова, С. П. Костычева,
Н. А. Максимова; зоологов Л. С. Берга, Н. М. Книповича, В. М. Шимкевича;
гистологов, эмбриолотов и генетиков С. Н. Давиденкова, М. М. Завадовского,
А. А. Заварзина, С. Г. Левита, А. С. Серебровского, Ю. А. Филипченко, Н.
Г. Хлопина и мн. др., оставивших крупные науч. школы.

Однако развитие Б. в СССР отмечено ле только
периодами успехов и открытий. В 1936 и 1939 имел место ряд острых дискуссий
по методологич. проблемам теоретич. Б. В ходе этих дискуссий подверглись
резкой, субъективистской критике нек-рые положения генетики и дарвинизма
и основанные на них принципы селекции. Группа учёных (Т. Д. Лысенко и др.)
отстаивала ошибочные, механистические взгляды на природу наследственности,
видообразования, естественного отбора, органич. целесообразности и др.
Эти взгляды были декларированы как развитие науч. наследия выдающегося
сов. селекционера И. В. Мичурина и назв. "мичуринской биологией" и "творческим
дарвинизмом". После сессии ВАСХНИЛ (1948) обстановка особенно обострилась,
исследования ряда направлений общей биологии полностью прекратились. Всё
это создало почву для распространения непроверенных фактов и гипотез (учение
о неклеточном "живом веществе", скачкообразное "порождение" видов, "превращение"
вирусов в бактерии и др.). Отрицат. роль сыграли также дискуссии по физиологии
(Объединённая сессия АН и АМН СССР, 1950), по эволюционной морфологии (1953).
Всё это сильно затормозило развитие в СССР генетики, эволюционного учения,
цитологии, молекулярной Б., физиологии, эволюционной морфологии, систематики
и др. отраслей Б. Коренная нормализация положения произошла в октябре 1964,
когда были предприняты меры по восстановлению и развитию совр. генетического
и др. направлений (созданы соответствующие ин-ты, организовано Всесоюзное
об-во генетиков и селекционеров, резко усилена подготовка специалистов
в этих областях). Это обеспечивает активное участие сов. Б. в бурном развитии
мирового естествознания, на передовых рубежах к-рого во 2-й пол. 20 в.
находится Б.
Уровни организации и изучения жизненных
явлений

Для живой природы характерно сложное, иерархич.
соподчинение уровней организации её структур. Вся совокупность органич.
мира Земли вместе с окружающей средой образует биосферу, к-рая складывается
из биогеоценозов - областей с характерными природными условиями, заселённых
определёнными комплексами (биоценозами) организмов; биоценозы состоят
из популяций - совокупностей животных или растит, организмов одного вида,
живущих на одной территории; популяции состоят из особей; особи многоклеточных
организмов состоят из органов и тканей, образованных различными клетками;
клетки, как и одноклеточные организмы, состоят из внутриклеточных структур,
к-рые строятся из молекул. Для каждого из выделенных уровней характерны
свои закономерности, связанные с различными масштабами явлений, принципами
организации, особенностями взаимоотношения с выше-и нижележащими уровнями.
Каждый из уровней организации жизни изучается соответств. отраслями совр.
Б.

На молекулярном уровне биохимией, биофизикой,
молекулярной биологией, молекулярной генетикой, цитохимией, мн. разделами
вирусологии, микробиологии изучаются физ.-хим. процессы, осуществляющиеся
в живом организме. Исследования живых систем на этом уровне показывают,
что они состоят из низко- и высокомолекулярных органич. соединений, практически
не встречающихся в неживой природе. Наиболее специфичны для жизни такие
биополимеры,
как белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды, а также липиды (жироподобные
соединения) и составные части их молекул (аминокислоты, нуклеотиды, простые
углеводы, жирные к-ты и др.). На молекулярном уровне изучают синтез и репродукцию,
распад и взаимные превращения этих соединений в клетке, происходящий при
этом обмен веществом, энергией и информацией, регуляцию этих процессов.
Уже выяснены осн. пути обмена, важнейшая особенность к-рых - участие биол.
катализаторов -белков-ферментов, строго избирательно осуществляющих определённые
хим. реакции. Изучено строение ряда белков и нек-рых нуклеиновых к-т, а
также мн. простых органич. соединений. Показано, что хим. энергия, освобождающаяся
в ходе биол. окисления (гликолиз, дыхание), запасается в виде богатых энергией
(макроэргических) соединений, в основном
аденозинфосфорных кислот (АТФ
и др.), и в дальнейшем используется в требующих притока энергии процессах
(синтез и транспорт веществ, мышечное сокращение и др.). Крупный успех
Б.-открытие генетического кода. Наследственные свойства организма
"записаны" в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты
(ДНК) четырьмя
видами чередующихся в определённой последовательности мономеров-нуклеотидов.
Способность молекул ДНК удваиваться (самокопироваться) обеспечивает их
воспроизведение в клетках организма и наследственную передачу от родителей
к потомкам. Реализация наследственной информации происходит при участии
синтезируемых на матричных молекулах ДНК молекул рибонуклеиновой кислоты
-РНК, к-рые переносятся от хромосом ядра на специальные внутриклеточные
частицы - рибосомы, где и осуществляется биосинтез белка. Т. о.,
закодированная в ДНК наследственность контролирует через белки-ферменты
как структурные белки, так и все осн. свойства клеток и организма в целом.

Биол. исследования на молекулярном уровне
требуют выделения и изучения всех видов молекул, входящих в состав клетки,
выяснения их взаимоотношений друг с другом. Для разделения макромолекул
используются их различия в плотности и размерах (ультрацентрифугирование),
зарядах
(электрофорез), адсорбционных свойствах (хроматография).
Взаимное
прострайственное расположение атомов в сложных молекулах изучают методом
рентгеноструктурного анализа. Пути превращения веществ, скорости
их синтеза и распада исследуют путём введения соединений, содержащих радиоактивные
атомы. Важным методом является также создание искусственных модельных систем
из выделенных клеточных компонентов, где частично воспроизводятся процессы,
идущие в клетке. (Все биохимич. процессы в клетке происходят не в однородной
смеси веществ, а на определённых клеточных структурах, создающих пространственную
разобщённость различных одновременно протекающих реакций.)

При переходе к исследованию клеточных структур,
состоящих из определённым образом подобранных и ориентированных молекул,
Б. поднимается на следующий уровень организации жизни -клеточный. На этом
уровне цитология, гистология и их подразделения (кариология, цитогенетика,
цито- и гистохимия, цитофизиология и др.), а также мн. разделы вирусологии,
микробиологии и физиологии изучают строение клетки и внутриклеточных компонентов,
а также связи и отношения между клетками в разных тканях и органах. Клетка
-осн.
самостоятельно функционирующая единица структуры многоклеточного организма.
Мн. организмы (бактерии, водоросли, грибы, простейшие) состоят из одной
клетки, точнее, являются бесклеточными. Свойства клетки определяются её
компонентами, осуществляющими различные функции. В ядре находятся хромосомы,
содержащие ДНК и, следовательно, ответственные за сохранение я передачу
дочерним клеткам наследственных свойств. Энергетич. обмен в клетке -дыхание,
синтез АТФ и др.- происходит гл. обр. в митохондриях. Поддержание
хим. состава клетки, активный транспорт веществ в неё и из неё, передача
нервного возбуждения, форма клеток и характер их взаимоотношений определяются
структурой клеточной оболочки. Совокупность клеток одного типа образует
ткань,
функцией, сочетание неск. тканей-орган. Строение и функции тканей
и органов в основном определяются свойствами специализированных клеток.

Исследованиями на клеточном уровне выяснены
осн. компоненты клетки, строение различных клеток и тканей и их изменения
в процессах развития. При изучении клеток в световом микроскопе, позволяющем
видеть детали порядка 1 мкм, для большей контрастности изображения
применяют разные методы фиксации, приготовления тонких прозрачных срезов,
их окраски и др. (см. Микроскопия). Локализацию в клетке различных
хим. веществ и ферментов выявляют цветными гистохимич. реакциями, места
синтеза макромолекул -авторадиографией. Электронная микроскопия позволяет
различать структуры порядка 5-10 А, т. е. вплоть до макромолекул, хотя
описание их строения часто затруднено из-за недостаточной контрастности
изображения. Функция внутриклеточных компонентов изучают, выделяя их из
разрушенных (гомогенизированных) клеток осаждением в центрифугах с различными
скоростями вращения. Свойства клеток исследуют также в условиях длительного
культивирования их вне организма (см. Культуры тканей), пользуясь
микроманипуляторами и методами микрургии, производят обмен ядрами
между клетками, слияние (гибридизацию) клеток и т. д.

На уровне целого организма изучают процессы
и явления, происходящие в особи (индивидууме) и определяющие согласованное
функционирование её органов и систем. Этот уровень исследуют физиология
(в т. ч. высшей нервной деятельности), эндокринология, иммунология, эмбриология,
экспериментальная морфология и мн. др. отрасли Б. Для создания общей теории
онтогенеза
особенно интересны исследования, направленные на вскрытие причинных
механизмов становления биол. организации, её дифференцировки и интеграции,
реализации генетич. информации в онтогенезе. На этом уровне изучают также
механизмы работы органов и систем, их роль в жизнедеятельности организма,
взаимные влияния органов, нервную, эндокринную и гуморальную регуляцию
их функций, поведение животных, приспособительные изменения и т. д. В организме
функции разных органов связаны между собой: сердца - с лёгкими, одних мышц
- с другими и т. д. В значит, мере эта взаимосвязь (интеграция) частей
организма определяется функцией желез внутренней секреции. Так,
поджелудочная железа и надпочечники через гормоны - инсулин и адреналин
- регулируют накопление гликогена в печени и уровень сахара в крови. Эндокринные
железы связаны друг с другом по принципу обратной связи - одна железа (напр.,
гипофиз) активирует функцию другой (напр., щитовидной железы), в то время
как та подавляет функцию первой. Такая система позволяет поддерживать постоянную
концентрацию гормонов и тем самым регулировать функцию всех органов, зависящих
от этих желез. Ещё более высокий уровень интеграции обеспечивается нервной
системой с её центральными отделами, органами чувств, чувствительными и
двигательными нервами. Посредством нервной системы организм получает информацию
от всех органов и от внешней среды; эта информация перерабатывается центр,
нераной системой, регулирующей функции органов и систем и поведение организма.

Среди применяемых на этом уровне методов
широкое распространение получили электрофизиологические, состоящие в отведении,
усилении и регистрации биоэлектрических потенциалов. Эндокринная
регуляция изучается в основном биохимич. методами (выделение и очистка
гормонов, синтез их аналогов, изучение биосинтеза и механизмов действия
гормонов и др.). Исследования высшей нервной деятельности животных и человека
включают её моделирование, в т. ч. с применением средств кибернетики,
а
также экспериментальный анализ поведения (предъявление задач, выработка
условных рефлексов и т. д.).

На популяционно-видовом уровне соответствующие
отрасли Б. изучают элементарную единицу эволюц. процесса - популяцию, т.
е. совокупность особей одного вида, населяющую определенную территорию
и в б. или м. степени изолированную от соседних таких же совокупностей.
Подобная составная часть вида способна длительно существовать во
времени и пространстве, самовоспроизводиться (посредством репродукции входящих
в неё особей) и трансформироваться (посредством преимущественного размножения
тех или иных групп особей, различающихся в генетич. отношении). В ряду
поколений протекает процесс изменения состава популяции и форм входящих
в неё организмов, приводящий в итоге к видообразованию и эволюционному
прогрессу. Единство популяции определяется потенциальной способностью всех
входящих в её состав особей скрещиваться (панмиксия), а значит -и
обмениваться генетич. материалом. Половое размножение, характерное для
большинства обитателей Земли, обеспечивает как общность морфо-генетич.
строения всех сочленов популяции, так и возможность многократного увеличения
генетич. разнообразия посредством комбинации наследственных элементов.
Изоляция одной популяции от других делает возможным существование в процессе
эволюции такого "разнообразного единства". Для организмов, размножающихся
бесполым путём (посредством вегетативного размножения, партеногенеза
или
апомиксиса), морфо-физиологич. единство популяций определяется опять-таки
общностью их генетич. состава. Однако в отношении таких бесполых, вегетативно
или простым делением размножающихся организмов в строгой форме не применимо
понятие вида. Изучение состава и динамики популяции неразрывно связано
и с молекулярным, и с клеточным, и с организменным подходами. При этом
генетика своими методами изучает характер распределения наследственных
особенностей в популяциях; морфология, физиология, экология и др. отрасли
Б. исследуют популяцию своими методами. Т. о., популяция и вид как целое
могут служить объектами исследования самых разных отраслей Б.

На биогеоценотическом и биосферном уровне
объектом изучения биогеоценологии, экологии, биогеохимии и др. отраслей
Б. служат процессы, протекающие в биогеоценозах (часто наз. экосистемами)
- элементарных структурных и функциональных единицах биосферы. Каждая популяция
существует в определённой среде и составляет часть многовидового сообщества
-биоценоза, занимающего определённое местообитание - биотоп. В этих сложных
комплексах живых и косных компонентов первичными продуцентами органич.
вещества служат фотосинтсзирующие растения и хемосинтезирующие бактерии.
Т. о., биогеоценозы - это те "блоки", в к-рых протекают вещественно-энерге-тич.
круговороты, вызванные жизнедеятельностью организмов и в сумме составляющие
большой биосферный круговорот. В структурно-энергетич. смысле биогеоценоз
- открытая, относительно стабильная система, имеющая вещественно-энергетич.
"входы" и "выходы", связывающие между собой смежные биогеоценозы в цепи.
Обмен веществ между биогеоценозами осуществляется в газообразной, жидкой,
твёрдой фазах и, по выражению В. И. Вернадского, в своеобразной форме живого
вещества (динамика популяций растений и животных, миграции организмов и
т. п.). С биогеохимич. точки зрения миграции вещества в цепях биогеоценозов
могут рассматриваться как серии сопряжённых процессов рассеивания и концентрирования
вещества в организмах, почвах, водах и атмосфере.

Важное практич. значение приобрело во 2-й
пол. 20 в. изучение биологической продуктивности биогеоценозов (первичной
- утилизации энергии солнечной радиации посредством фотосинтеза, и вторичной
- использования гетеротрофными организмами энергии, запасённой автотрофными
организмами). Необходимость самостоятельного изучения биогеоценотич.
(биосферного) уровня организации живого обусловливается тем, что биогеоценозы
- среда, в к-рой протекают любые жизненные процессы на нашей планете. На
этом уровне проводятся комплексные исследования, охватывающие взаимоотношения
входящих в биогеоценоз биотич. и абиотич. компонентов, выясняющие миграции
живого вещества в биосфере, пути и закономерности протекания энергетич.
круговоротов. Такой широкий подход, дающий возможность, в частности, предвидеть
последствия хоз. деятельности человека, получает распространение и в форме
Биологической
программы международной, призванной координировать усилия биологов
мн. стран.

Концентрация биол. исследований по уровням
организации живого предполагает взаимодействие различных отраслей Б., что
чрезвычайно продуктивно, т. к. обогащает смежные биол. науки новыми идеями
и методами.
Некоторые проблемы современной биологии

Совр. Б. изобилует узловыми проблемами,
решение к-рых может оказать революционизирующее влияние на естествознание
в целом и прогресс человечества. Это мн. вопросы молекулярной Б. и генетики,
физиологии и биохимии мышц, желез, нервной системы и органов чувств (память,
возбуждение, торможение и др.); фото- и хемосинтез, энергетика и продуктивность
природных сообществ и биосферы в целом; коренные философско-методологич.
проблемы (форма и содержание, целостность и целесообразность, прогресс)
и др. Более детально рассмотрены лишь нек-рые из них.

Строение и функции м а к р о м о л е к
у л. Важные в биол. отношении макромолекулы обычно имеют полимерную структуру,
т. е. состоят из мн. однородных, но не одинаковых мономеров. Так, белки
образованы
20 видами аминокислот, нуклеиновые кислоты - 4 видами нуклеотидов,
полисахариды состоят из моносахаридов. Последовательность
мономеров в биополимерах
наз. их первичной структурой. Установление первичной структуры - начальный
этап изучения строения макромолекул. Уже определена первичная структура
мн. белков, нек-рых видов РНК. Разработка методов определения последовательности
нуклеотидов в длинных цепях РНК и, особенно, ДНК -важнейшая задача молекулярной
Б. Цепочка биополимеров обычно свёрнута в спираль (вторичная структура);
молекулы белков ещё и сложены определённым образом (третичная структура)
и часто соединяются в макромолекулярные комплексы (четвертичная структура).
Каким образом первичная структура белка определяет вторичную и третичную
структуры, как третичная и четвертичная структуры белков-ферментов определяют
их каталитич. активность и специфичность действия - ещё недостаточно выяснено.
Молекулы белка присоединяются к мембранам, объединяются с липидами и нуклеиновыми
к-тами в надмолекулярные структуры, образуя путём "самосборки" внутриклеточные
компоненты. Методами рентгеноструктурного анализа установлена третичная
структура нек-рых белков (напр., гемоглобина), исследовано функциональное
строение мн. ферментов. Дальнейшее изучение структуры макромолекул и понимание
того, как эта структура определяет их сложные и многообразные функции,-одна
из ключевых проблем совр. Б. Регуляция функций к л е т к и. Характерные
черты процессов, происходящих в живой системе,- их взаимная согласованность
и зависимость от регуляторных механизмов, обеспечивающих поддержание относит,
стабильности системы даже при меняющихся условиях среды. Регуляция внутриклеточных
процессов молсет достигаться изменением набора и интенсивности синтеза
ферментных и структурных белков, влиянием на ферментативную активность,
изменением скорости транспорта веществ через оболочку клетки и др. биол.
мембраны. Синтез белка зависит от синтеза молекул РНК, переносящих информацию
с соответствующего гена -участка ДНК. Т. о., "включение" гена -начало синтеза
на нём молекулы РНК, - одно из мест регуляции синтеза белка. Пока только
для бактерий вскрыта одна из схем регуляции усвоения цитат, веществ из
среды, достигаемая включением и выключением генов, определяющих синтез
необходимых ферментов. Молекулярный механизм включения генов (в особенности
у многоклеточных организмов) не выяснен, и это остаётся первоочередной
задачей молекулярной Б. Скорость синтеза белка может, по-видимому, регулироваться
и непосредственно на месте синтеза - на рибосомах. Иная, более оперативная
система регуляции основана на изменении ферментативной активности, что
достигается взаимодействием тех или иных веществ с молекулой фермента и
обратимой модификацией её третичной структуры. Если фермент катализирует
начальную реакцию в цепи хим. превращений, а вещество, подавляющее его
активность, - конечный продукт этой цепи, то устанавливается система обратной
связи, автоматически поддерживающая постоянную концентрацию конечного продукта.
Скорость хим. процессов в клетке может зависеть и от темпа поступления
в клетку, её ядро, в митохондрии соответствующих веществ или скорости их
выведения, что определяется свойствами биол. мембран и ферментов. В связи
с отсутствием полного представления о регуляции внутриклеточных процессов
над этой проблемой работают мн. исследователи.

Индивидуальное развитие организмов. У организмов,
размножающихся половым путём, жизнь каждой новой особи начинается с одной
клетки - оплодотворённого яйца, к-рое многократно делится и образует множество
клеток; в каждой из них находится ядро с полным набором хромосом, т. е.
содержатся
гены, ответственные за развитие всех признаков и свойств организма. Между
тем пути развития клеток различны. Это означает, что в процессе развития
каждой клетки в ней работают только те гены, функция к-рых необходима для
развития данной ткани (органа). Выявление механизма "включения" генов в
процессе клеточной дифференци-ровки - одна из осн. проблем Б. развития.
Уже известны нек-рые факторы, определяющие такое включение
(неоднородность
цитоплазмы яйца, влияние одних эмбриональных тканей на др., действие гормонов
и т. д.). Синтез белков осуществляется под контролем генов. Но свойства
и признаки многоклеточного организма не сводятся к особенностям его белков;
они определяются дифференцировкой клеток, различающихся по строению и функции,
связям их друг с другом, по образованию разных органов и тканей. Важная
и до сих пор не решённая проблема - выяснение механизма дифференцировки
на стадии от синтеза белков до появления свойств клеток и их характерных
перемещений, приводящих к формированию органов. Возможно, что главную роль
в этом процесссе играют белки клеточных оболочек. Создание стройной теории
онтогенеза, требующее решения проблемы интеграции дифференцирующихся тканей
и органов в целостный организм, т. е. реализации наследственности, окажет
революционизирующее действие на мн. разделы Б.

Историческое развитие организмов. Более
чем за 100 лет, прошедших со времени появления книги Ч. Дарвина "Происхождение
видов...", огромная сумма фактов подтвердила принципиальную правильность
построенного им эволюц. учения. Однако мн. важные положения его ещё не
разработаны. С эволюционно-генетич. точки зрения популяция может считаться
элементарной единицей эволюционного процесса, а устойчивое изменение её
наследств, особенностей - элементарным эволюц. явлением. Такой подход позволяет
выделить осн. эволюц. факторы (мутационный процесс, изоляция, волны численности,
естеств. отбор) и эволюц. материал (мутации). Ещё не ясно, действуют ли
только эти факторы на макроэволюцион-ном уровне, т. е. "выше" видообразования,
или в возникновении крупных групп организмов (родов, семейств, отрядов
и т. д.) участвуют иные, пока неизвестные факторы и механизмы. Возможно,
что все макроэволюц. явления сводимы к изменению на внутривидовом уровне
(см. Микроэволюция). Решение проблемы специфич. факторов макроэволюции
связано
со вскрытием механизмов наблюдаемого иногда как бы направленного развития
групп, что, возможно, зависит от существования "запретов", накладываемых
строением и генетич. конституцией организма. Так, первоначально непринципиальное
изменение, связанное с приобретением предками хордовых спинной струны -
хорды, впоследствии определило разные пути развития крупных ветвей животного
мира: 1) возникновение внутреннего скелета и централизованной нервной системы,
развитие головного мозга с преобладанием условных рефлексов над безусловными
у позвоночных; 2) возникновение наружного скелета и развитие нервной
системы иного типа с преобладанием чрезвычайно сложных безусловнорефлекторных
реакций у беспозвоночных. Исследование особенностей "запретов",
механизмов их появления и исчезновения в ходе эволюции - важная задача,
связанная с решением проблемы "канализации развития" и вскрытием закономерностей
эволюции живой природы. Понятие "прогрессивное развитие","прогресс" ныне
расчленяется на прогресс морфологич., биологич., групповой, биогеоценотич.
и неограниченный. Так, появление в биосфере Земли человека - существа,
в к-ром, по образному выражению Ф. Энгельса, "...природа приходит к осознанию
самой себя..." (Маркс К. и Энгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 20, с. 357),-результат
неограниченного прогресса. Возникновение социальности в живой природе связано
с появлением не только человеческого общества, но и сообществ многих насекомых,
головоногих моллюсков, некоторых млекопитающих. Вскрытие сложных зависимостей
между приобретением в процессе эволюции приспособлений принципиального
характера (лежащих на пути неогранич. прогресса) или же частных приспособлений
(ведущих к процветанию группы, но не освобождающих её от связей с прежней
средой обитания), вскрытие закономерностей, вызывающих появление совершеннейших
приспособлений в одних случаях и приводящих к успешному выживанию сравнительно
примитивных организмов в других,- всё это важные задачи исследований обозримого
будущего.

Особое место занимают проблемы вида и видообразования.
Вид
- качественно своеобразный этап развития живой природы, реально существующая
совокупность особей, объединённых возможностью плодовитого скрещивания
(составляющих генетически "закрытую" для особей др. видов систему). С этой
точки зрения видообразование - переход генетически открытых систем
(популяций) в генетически закрытые. Мн. стороны этого процесса ещё не ясны,
что отчасти связано с недостаточной определённостью понятия "вид" в приложении
к разным группам организмов. Это неизбежно сказывается на систематике и
таксономии - отраслях Б., занятых классификацией и соподчинением видов
(отсюда периодически разгорающиеся споры о "реальности" системы и филогении
и т. п.). Теоретич. разработку проблем вида и видообразования стимулирует
непрерывное пополнение методов систематики новыми подходами и приёмами
(напр., биохимич., генетич., математич. и др.).

Происхождение жизни -одна из методологически
важных проблем Б., к-рую не снимает ни маловероятное предположение о занесении
жизни на Землю из др. миров (см. Биогенез, Панспермия), ни теории
о постоянном возникновении жизни на нашей планете во все периоды её истории
(см. Абиогенез). Науч. подход здесь состоит в том, чтобы выяснить,
в каких условиях зарождалась жизнь на Земле (это произошло неск. млрд.
лет назад), и попытаться моделировать процессы, к-рые при этом могли происходить,
реконструируя экспериментально последовательные этапы возникновения жизни.
Так, на основании данных о физ. и хим. состоянии атмосферы и поверхности
Земли в ту эпоху получены теоретич. и экспериментальные доказательства
возможности синтеза простейших углеводородов и более сложных органич. соединений
- аминокислот и мононуклеотидов, что подтверждает принципиальную вероятность
их полимеризации в короткие цепочки - пептиды и олигонуклеотиды. Однако
следующий этап происхождения жизни пока не изучен. Существенным для теории
было применение понятия естеств. отбора к органич. структурам, находящимся
на грани живого и неживого. Естеств. отбор может играть конструктивную
роль в эволюции только в применении к саморазмножающимся структурам, способным
хранить и многократно воспроизводить содержащуюся в них информацию. Этим
требованиям удовлетворяют только нуклеиновые к-ты (преим. ДНК), самокопирование
к-рых может происходить лишь при соблюдении ряда условий (наличие мононуклеотидов,
подвод энергии и присутствие ферментов, к-рые осуществляют полимеризацию
- комплементарно к существующему полинуклеотиду, повторяя тем самым содержащуюся
в нём информацию). Самокопирование др. хим. соединений и в иных, более
простых условиях пока неизвестно. Осн. трудность теории, т. о., состоит
в том, что для удвоения нуклеиновых к-т нужны ферментные белки, а для создания
белков нужны нуклеиновые к-ты. После появления первичной саморазмножающейся
системы её дальнейшую эволюцию представить уже менее сложно - тут начинают
действовать уже открытые Дарвином принципы, которые определяют эволюцию
более сложных организмов. Поскольку неизвестен механизм возникновения жизни
на Земле, трудно оценить вероятность возникновения жизни во внеземных условиях.
Исходя из астрономич. данных о множественности планетных систем во Вселенной
и из достаточно высокой вероятности возникновения условий, совместимых
с жизнью, мн. учёные допускают множественное возникновение жизни. Однако
существует и иная точка зрения, что земная жизнь чрезвычайно редкое, практически
уникальное явление в обозримом участке окружающей нас части Галактики (см.
Астробиология,
Экзобиология).

Биосфера и человечество. Быстрый рост населения
земного шара ставит вопрос о границах биол. производительности биосферы
Земли. Через 100-200 лет при сохранении совр. способов ведения земного
х-ва и тех же темпов роста численности человечества почти половине людей
не хватило бы не только пищи и воды, но и кислорода для дыхания. Вот почему
в короткий срок, за время жизни 2-3 поколений людей признаётся необходимым,
во-первых, организовать строгую охрану природы и ограничивать в
разумных пределах мн. промыслы и прежде всего истребление лесов; во-вторых,
приступить к обширным мероприятиям, направленным на резкое повышение биол.
производительности земной биосферы и интенсификацию биол. круговоротов
как в природных, так и в культурных биогеоценозах. Нормально функционирующая
биосфера Земли не только снабжает человечество пищей и ценнейшим органич.
сырьём, но и поддерживает в равновесном состоянии газовый состав атмосферы,
растворы природных вод и круговорот воды на Земле. Т. о., количественный
и качественный ущерб, наносимый человеком работе биосферы, не только снижает
продукцию органич. вещества на Земле, но и нарушает хим. равновесие в атмосфере
и природных водах. При осознании людьми масштабов опасности и разумном
отношении к среде своего обитания - биосфере Земли - будущее выглядит иначе.
Научная и пром. мощь людей уже достаточно велика для того, чтобы не только
разрушать биосферу, но и производить мелиоративные, гидротехнич. и иные
работы любого масштаба. Первичная биол. продуктивность Земли связана с
использованием солнечной энергии, поглощаемой в ходе фотосинтеза, и энергией,
получаемой посредством хемосинтеза первичными продуцентами. Если человечество
перейдёт к повышению средней плотности зелёного покрова Земли (для чего
имеются технич. возможности), то этим путём на энергетич. входе в биосферу
биол. производительность Земли может быть резко, в 2-3 раза, повышена.
Этого можно достичь, если в процессе мелиорации и увеличения плотности
зелёного покрова повысить участие в нём видов зелёных растений с высоким
"коэффициентом полезного действия" фотосинтеза. Для интродукции полезных
видов в сообщества растений совершенно необходимо знание условий поддержания
и нарушения биогеоценотич. равновесия, иначе возможны биол. катастрофы:
хозяйственно опасные "вспышки" численности одних видов, катастрофич. снижение
численности др. и т. д. Рационализируя биогеохимич. работу природных и
культурных биогеоценозов, поставив на разумную основу охотничьи, зверобойные,
рыбные, лесные и др. промыслы, а также введя в культуру из огромного запаса
диких видов новые группы микроорганизмов, растений и животных, можно ещё
в 2-3 раза повысить биол. производительность и полезную человеку биол.
продуктивность биосферы. Огромные возможности открывает и селекция окультуренных
микроорганизмов и растений. В ближайшем будущем, когда селекционеры смогут
использовать достижения быстро развивающихся совр. молекулярной генетики
и феногенетики, успехи этих исследований будут стимулированы развитием
и использованием "экспериментальной" эволюции культурных растений, основанной
на отдалённой гибридизации, создании полиплоидных форм, получении искусств,
мутаций и т. п. Агротехнике также предстоит переход на новые формы, резко
повышающие урожай (одно из реальных направлений - переход от монокультур
к поликультурам). Наконец, люди ближайшего будущего должны будут научиться
улавливать на выходах из биол. круговоротов не малоценные, мелкомолекулярные
продукты конечной минерализации органич. остатков, а крупномолекулярное
органич. вещество (типа сапропелей). Все эти пути и методы увеличения производительности
биосферы лежат в пределах реального для науки и техники предвидимого будущего
и наглядно иллюстрируют грандиозные потенциальные возможности развивающегося
человеческого общества, с одной стороны, и значение биол. исследований
самых разных масштабов и направлений для жизни человечества на Земле -
с другой. Все преобразовательные мероприятия, к-рые человек должен проводить
в биосфере, невозможны без знания богатства главных форм и их взаимоотношений,
что предполагает необходимость инвентаризации животных, растений и микроорганизмов
в разных районах Земли, ещё далеко не завершённой. Во мн. крупных группах
организмов неизвестен даже качественный состав входящих в группу видов
организмов. Развёртывание инвентаризации требует оживления и резкой интенсификации
работ по систематике, полевой биологии (ботаника, зоология, микробиология)
и биогеографии.

Важное практич. направление биол. исследований
в этом плане - изучение среды обитания человека в широком смысле и организация
на этой основе рациональных способов ведения нар. х-ва. Это направление
исследований связано с охраной природы и ведётся в основном в биогеоценологич.
аспекте. К проведению таких исследований, призванных повысить биол. продуктивность
Земли и обеспечить оптимальные условия существования на нашей планете для
всё более увеличивающегося численно человечества, привлечено внимание прогрессивных
биологов всего мира - зоологов и ботаников, генетиков и экологов, физиологов
и биохимиков и др.; их деятельность в этом направлении координируется Междунар.
биологич. программой.
Значение биологии для сельского и промыслового
хозяйства, медицины

Человек как гетеротрофный организм неспособен
непосредственно усваивать солнечную энергию, поступающую на Землю. Необходимые
для питания белки, жиры, углеводы, витамины человек получает в основном
от культурных растений и прирученных животных, используя в одних случаях
длинные, в других короткие "цепи" от автотрофов (гл. обр. зелёных растений)
до гетеротрофов (животных). Знание законов генетики и селекции, а также
физиологич. особенностей культурных видов позволяет совершенствовать агротехнику
и зоотехнию, выводить более продуктивные сорта растений и породы животных.
Уровень знаний в области биогеографии и экологии определяет возможность
и эффективность интродукции и акклиматизации полезных видов, борьбы с вредителями
посевов, с паразитами с.-х. животных. Биохимич. исследования позволяют
полнее использовать получаемые органич. вещества растит, и животного происхождения.
Разработка новых методов селекции, теории гетерозиса (обеспечивающего
повышение продуктивности с.-х. животных и растений), получение организмов
с заранее заданными свойствами, совершенствование методов биол. борьбы
с вредителями, перевод лесного х-ва, звероводства, промыслов (охоты, рыболовства
и т. д.) на плановые, научно обоснованные рельсы (что связано с решением
ряда проблем, напр, динамики численности, оптимального размера, места и
времени промыслового изъятия части популяции и т. д.) - эти и мн. др. задачи
могут быть решены только при активном сотрудничестве биологов разных специальностей
с практиками с. х-ва, лесного дела, охотоведами, звероводами и др.

Др. важнейший практич. аспект Б.-использование
её достижений в медицине. Успехи и открытия Б. определили совр. уровень
мед. науки. Дальнейший прогресс медицины также основан на развития Б. Представления
о макро- и микроскопич. строении человеческого тела, о функциях его органов
и клеток опираются гл. обр. на биол. исследования. Гистологию и физиологию
человека, к-рые служат фундаментом мед. дисциплин - патана-томии, патофизиологии
и др., изучают как медики, так и биологи. Учение о причинах и распространении
инфекционных болезней и принципах борьбы с ними основано на микробиология,
и вирусологич. исследованиях. Уже выделено, вероятно, большинство болезнетворных
бактерий, изучены пути их переноса и попадания в человеческий организм,
разработаны методы борьбы с ними путём асептики, антисептики и химиотерапии.
Выделены
и исследованы мн. патогенные вирусы, изучаются механизмы их размножения,
разрабатываются средства борьбы со многими из них.

Представления о механизмах иммунитета,
лежащего
в основе сопротивляемости организма инфекциям, также опираются на биол.
исследования. Изучена химическая структура антител, исследуются механизмы
их синтеза. Особое значение для медицины приобретает исследование тканевой
несовместимости - главного препятствия для пересадки органов и тканей.
Для подавления иммунной системы организма пользуются рентгеновским облучением
и хим. препаратами. Преодоление тканевой несовместимости, не связанное
с такими опасными для жизни воздействиями, станет возможным с раскрытием
механизмов иммунитета, что осуществимо лишь при широком биол. подходе к
проблеме. Подлинная революция в лечении инфекц. заболеваний, служивших
в прошлом осн. причиной смертности, связана с открытием антибиотиков. Использование
в медицине веществ, выделяемых микроорганизмами для борьбы друг с другом,
- крупнейшая заслуга Б. 20 в. Массовое произ-во дешёвых антибиотиков стало
возможным лишь после выведения высокопродуктивных штаммов продуцентов антибиотиков,
достигнутого методами совр. генетики. С увеличением средней продолжительности
жизни людей, обусловленным в значит, мере успехами медицины, возрос удельный
вес заболеваний старшего возраста - сердечно-сосудистых, злокачественных
новообразований, а также наследственно обусловленных болезней. Это поставило
перед совр. медициной новые проблемы, в решении к-рых важная роль принадлежит
Б. Так, мн. болезни сосудов объясняются ещё не вполне изученными биохимией
и физиологией нарушениями жирового и холестеринового обмена. Над проблемой
рака единым фронтом работают цитологи, эмбриолога, генетики, биохимики,
иммунологи, вирусологи. Уже есть ряд успехов в этой области (хирургия,
радио-и химиотерапия). Однако радикальное решение проблем злокачественного
роста, а также регенерации тканей и органов тесно связано с изучением общих
закономерностей клеточной дифференцировки.

Результаты исследований биологов используют
не только в области с. х-ва и медицины, но и в др. прежде далёких от Б.
областях человеческой практики. Яркий тому пример - широкое использование
микробиологии в промышленности: получение новых высокоэффективных лекарственных
соединений, разработка рудных месторождений с помощью микроорганизмов.

Генетика человека, в т. ч. мед. генетика,
изучающая наследственно обусловленные заболевания, становится сейчас важным
объектом медико-биологич. исследований. Уже поддаются точному диагнозу
болезни, связанные с нарушением числа хромосом. Генетич. анализ позволяет
обнаруживать у человека вредные мутации. Борьба с ними ведётся путём лечения
и медико-генетич. консультаций и рекомендаций. Разумные пути избавления
человечества от вредных мутаций активно обсуждаются в биол. литературе.
Всё большее внимание привлекает проблема психич. здоровья человечества,
решение к-рой невозможно без глубокого естественно-историч., биологич.
анализа возникновения у животных высших форм нервной деятельности, ведущих
к психике. Выделение среди биологич. дисциплин этологии - науки о поведении
- существенно приближает решение этой сложнейшей и важнейшей проблемы,
имеющей не только теоретич., но и философское и методологич. значение.

Связь Б. с с. х-вом и медициной обусловливает
не только их развитие, но и развитие Б. Перспективные в практич. отношении
области Б. наиболее щедро финансируются обществом. В будущем союз Б. с
медициной и с. х-вом, для к-рых Б. служит науч. основой, будет укрепляться
и развиваться.
Заключение

Прогресс биол. знания в 20 в., возросшая
относительно и абсолютно роль Б. среди др. наук и для существования человечества
в целом определяют и иной облик Б. сравнительно с тем, какой она была даже
30-40 лет назад. Накоплению знаний и в новых, и в классич. областях Б.
способствуют разработка и применение новых методов и приборов. Так, большой
шаг вперёд обусловлен появлением электронной микроскопии, позволившей обнаружить
новые
ультраструктуры на разных уровнях организации живого. Получили распространение
новые методы прижизненных исследований (культуры клеток, тканей и органов,
маркировка эмбрионов, применение радиоактивных изотопов и др.), использование
физ. и хим. приборов, работающих на повышенных скоростях и частично или
полностью автоматизированных (ультрацентрифуги и ультрамикротомы, микроманипуляторы,
электрокардиографы, электроэнцефалографы, полиграфы, спектрофотометры,
массспектрографы и мн. др.). Растёт число биологич. ин-тов, биостанций,
заповедников и нац. парков (играющих важную роль и в качестве "природных
лабораторий"); создаются лаборатории, в к-рых можно изучать действия любых
комбинаций климатич. и физ.-хим. факторов (биотроны, фитотроны), биологич.
учреждения оснащаются электронно-вычислит. машинами; создаются отрасли
пром-сти, связанные с биологич. приборостроением; во всё большем числе
спец. биологич. ин-тов и на биол. ф-тах ун-тов готовятся кадры высококвалифицированных
биологов разных профилей. По уровню биологич. исследований можно судить
ныне о материально-технич. развитии общества, т. к. Б. становится реальной
производительной силой. Это залог расцвета Б. в будущем, что, несомненно,
ознаменуется открытием новых фундаментальных закономерностей живой природы.
Само существование человечества в биосфере Земли оказывается тесно связанным
с успехами в решении мн. биологич. проблем. Б. становится научной, рациональной
основой отношений между человеком и природой. Б. Л. Астауров. А. Е.
Гайсинович, А. А. Нейфах, Н. В. Тимофеев-Ресовский, А. В. Яблоков.

Лит.: <История - Лункевич
В. В., От Гераклита до Дарвина. Очерки по истории биологии, 2 изд., т.
1 - 2, М., I960; История эволюционных учений в биологии, под ред. В. И.
Полянского, Ю. И. Полянского М.-Л., 1966; Развитие биологии в СССР, М.,
1967; Азимов А., Краткая история биологии, _пер. с англ., М., 1967; N о
г-denskiold E., The history of biology, N. Y., 1942; Singer Ch., A history
of biology to about the year 1900, 3 ed., L.-N. Y., 1959.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я