Введение
Жизнь на Земле удивительно разнообразна и представляет собой сложную систему связей на множестве уровней: атомы соединяются, образуя молекулы, молекулы объединяются в клетки, клетки взаимодействуют, формируя ткани, а ткани объединяются в органы и далее — в организм. Взаимодействие продолжается и за пределами организма, поскольку индивиды образуют популяции, популяции населяют экосистемы, а совокупность экосистем формирует окружающий нас мир. Таким образом, можно выделить ряд уровней организации живого: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный. Несмотря на разнообразие объектов на макроскопическом уровне, где отличительные особенности организмов легко увидеть невооруженным глазом, существуют общие признаки, позволяющие отнести объект к живой природе — так называемые свойства (критерии) живого: наследственность, изменчивость, метаболизм, размножение, рост и развитие, раздражимость, саморегуляция.
Наука о живой природе получила название «биология» (от греч. bios — жизнь, logos — учение). Данный термин был предложен в начале XIX в. французским натуралистом Ж.-Б. Ламарком и немецким ботаником Г. Тревиранусом.
На этапе становления биология была описательной наукой, но это не помешало античным ученым Гиппократу (460–370 гг. до н.э.), Аристотелю (384–322 гг. до н.э.) и Теофрасту (372–288 гг. до н.э.) внести значительный вклад в развитие представлений о строении тела человека и животных, а также о биологическом разнообразии животных и растений. Тем самым были заложены основы анатомии и физиологии человека, ботаники и зоологии. Однако систематичное научное исследование природы началось с эпохи Возрождения. Первый микроскоп был изобретен голландским мастером очков Х. Янсеном и его сыном З. Янсеном в 1590 г. Применение и совершенствование микроскопической техники привело к открытию клеток и тканей живых организмов (Р. Гук, А. ван Левенгук). С накоплением конкретных знаний о природе и многообразии организмов возникла идея единства всего живого, воплотившаяся в ряде научных теорий, прежде всего в клеточной теории Т. Шванна, М. Шлейдена и Р. Вирхова (1839 г., 1858 г.). К. Бэр разработал закон зародышевого сходства (1828), свидетельствующий об общности происхождения хордовых и заложивший основу для научного объяснения закономерностей эмбрионального развития. Открытие законов наследственности, справедливых для эукариотов, размножающихся половым путем, принадлежит Г. Менделю (1865) и Т.Х. Моргану (1910–1916). Ч. Дарвин предложил теорию, объясняющую естественными причинами эволюцию живого мира и окружающее нас биологическое разнообразие (1858).
В современном естествознании биология продолжает занимать одно из ведущих мест, и текущее столетие многие называют веком биологии. Следует отметить, что начиная с середины XX в. биологические исследования преимущественно направлены на изучение жизни на молекулярном уровне.
Предметом биологии как учебной дисциплины служит жизнь во всех ее проявлениях: строение, физиология, поведение, индивидуальное (онтогенез) и историческое (эволюция, филогенез) развитие организмов, их взаимоотношения друг с другом и с окружающей средой. Основные задачи биологии — изучение закономерностей, лежащих в основе функционирования живых систем, и систематизация многообразия организмов.
Биология подразделяется на ряд самостоятельных наук и направлений в зависимости от изучаемых объектов и уровней организации живого, методов исследования, практического использования биологических знаний.
По предмету исследования среди биологических наук выделяют вирусологию, бактериологию, микологию, ботанику, зоологию. Каждую из перечисленных биологических наук, в свою очередь, можно подразделить на морфологию, анатомию, физиологию, биохимию, эмбриологию, генетику и систематику. По изучаемому уровню организации живой природы выделяют молекулярную биологию, цитологию, гистологию, органологию, биологию организмов и надорганизменных систем (биогеографию и экологию). По преобладающим методам исследования различают описательную, экспериментальную и теоретическую биологию.
Биология служит фундаментом для многих наук и областей деятельности человека, включая медицину и сельское хозяйство, так как основные закономерности проявления жизни на разных уровнях ее организации характерны для всех организмов. Биологические науки формируют теоретическую основу медицины. Знание биологии — необходимая предпосылка для понимания сущности патологического процесса, в основе которого лежат общебиологические закономерности. Генетические данные позволяют разрабатывать базирующиеся на персонифицированном подходе методы ранней диагностики, лечения и профилактики заболеваний человека. Для борьбы с паразитарными и инфекционными болезнями необходимо знание закономерностей размножения и распространения болезнетворных бактерий, вирусов, простейших, червей. Широкие перспективы для производства лекарств и биологически активных соединений открывает развитие генной инженерии и биотехнологии.
Вместе с тем следует отметить, что ни одна из биологических дисциплин никогда не переживала такого взрыва роста и популярности, какой сейчас переживает молекулярная биология. Гигантские темпы, с которыми развивается современная инструментальная база, позволяют совершать революционные открытия не только фундаментального, но и прикладного характера, о чем свидетельствует приведенный ниже перечень лауреатов Нобелевской премии по химии и Нобелевской премии по физиологии и медицине последних двух десятилетий и их достижений: Т. Хант, П. Нерс, Л. Хартвелл (открытие ключевых регуляторов клеточного цикла, 2001), С. Бреннер, Р. Хорвиц, Д. Салстон (генетическое регулирование развития органов и механизмов апоптоза, 2002), П. Агре, Р. Маккинон (исследование ионных каналов, открытие водного канала, 2003), А. Гершко, И. Роуз (открытие убиквитин-опосредованной деградации белка, 2004), Р. Корнберг (исследование молекулярных основ транскрипции у эукариот, 2006), Э. Файер, К. Мелло (открытие РНК-интерференцииРНК — рибонуклеиновая кислота., 2006), Т. Стейц, А. Йонат (исследование структуры и функций рибосомы, 2009), Э. Блэкберн, К. Грейдер, Д. Шостак (открытие механизмов защиты хромосом теломерами и фермента теломеразы, 2009), Э. Бетциг, У. Мернер (создание флюоресцентной микроскопии высокого разрешения, 2014), П. Молдрич, А. Санджар, Т. Линдаль [исследование репарации дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), 2015], Д. Холл, М. Росбаш, М. Янг (открытие молекулярных механизмов, управляющих циркадным ритмом, 2017), Э. Шарпантье, Д. Дудна (разработка метода редактирования генома, 2020).