Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Февраля 2013 в 14:06, реферат
В последние десятилетия в биологической науке произошли поистине революционные изменения, благодаря чему она выдвинулась на передний план естествознания, начала активно способствовать и, частично, задавать направление научно-техническому прогрессу. Биология превратилась в точную науку с хорошо развитой системой строгих понятий, позволяющих делать широкие теоретические обобщения и предсказания.
Министерство образования и науки РФ
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
РЕФЕРАТ
на тему:
Интеграционная роль физико-химической биологии в решении фундаментальных биологических проблем.
Реферат подготовила
аспирантка ф-та биологии
и экологии_____________
Рычкова Е.Н.
Ярославль 2013
ОГЛАВЛЕНИЕ
В последние десятилетия
в биологической науке
Химия – фундаментальная наука. Все окружающее нас - творение химии: стекло, болезни, лекарства, пища, металл… Наука о материалах и их функционировании – это химия… Химия – основа жизни всего самовоспроизводящегося мира – микробов, растений, человека. Любой живой организм – это гигантский химический реактор, в котором протекают миллионы согласованных химических реакций. Молекулярная биология, мышление и интеллект – все это химия.
Химия стала гигантской разветвленной наукой. Многие ее части определились как самостоятельные науки – неорганическая, коллоидная, физическая химия, геохимия, биохимия, аналитическая и органическая химия, электрохимия и лесохимия, и т.д. Каждая из них имеет собственный предмет и собственное поле исследования, свои экспериментальные методы и технику, свои проблемы, свои институты.
Физика химических процессов – элитарная часть химии; она всегда следует за химией и редко впереди ее. Химики открывают новые вещества, новые реакции, новые явления, а уже вслед за ними физики ищут объяснения свойств, дают физические механизмы реакций, строят физические модели и теории химических явления.
В биологии понятие фундаментальности не имеет четкого определения. Это, скорее, вопросы, имеющие превосходящее значение для науки на данном этапе ее развития; вопросы, образующие фундамент науки; вопросы глобального (планетарного) масштаба (например, проблема расшифровки генома, проблема утилизации мусора, проблема лечения онкологических заболеваний, демографическая проблема и др.).
Химическая парадигма, берущая своё начало, по сути дела, из атомистических представлений Древней Греции, является единственно признанной, когда речь идёт о процессах, проходящих в живых объектах. Этому есть свое объяснение.
Всем достижениям нашей цивилизации мы обязаны развитию атомистического взгляда на мир и потому почти как аксиому воспринимаем мнение о том, что, расчленяя макроскопический объект на молекулы, атомы, ядра, кварки, т. е. на микроскопические составляющие, глубже и полнее познаём окружающую природу. В физике, имеющей дело с неживой природой, такой подход во многих случаях срабатывал и потому биологические науки, претендующие на получение значимых сведений о живой природе, стали тяготеть к изучению именно микроскопических структур живых объектов. А так как живые объекты являются макроскопическими образованиями (по крайней мере, по отношению к размерам молекул), естественным было считать, что для изучения живого должны использоваться те же подходы, которые применяются в физике жидкостей и твердого тела, т.е. подходы, основанные на изучении межмолекулярных взаимодействий. А это и является областью химических наук.
Поэтому не удивительно, что в биологии к фундаментальным наукам, т.е. наукам, претендующим на постановку и решение глобальных задач, относят науки, изучающие микроскопическую сторону живых объектов. Другими словами, так называемые фундаментальные науки биологии (генетика, молекулярная биология, биофизика, биохимия и т.д.) занимаются не изучением живых объектов, а изучением биологических объектов, в результате чего само понятие жизни часто выпадает из поля зрения серьезных ученых. Для исключения такого «выпадения» необходима междисциплинарная интеграция в решении той или иной проблемы (подробнее об интеграции биологических знаний см. п.3).
Одновременно во второй половине 20 века началось усиленное исследование надорганизменных образований. Вид и популяция предстали как целостные биологические объекты, имеющие свои собственные закономерности построения, функционирования и развития. Сформировались понятия о биоценозах (В.Н. Сукачев, 1942), экосистемах (А. Тенсли, 1935), биосфере (В.И. Вернадский, 1926).
Таким образом, было достигнуто
понимание жизни как
На каждом уровне происходило образование различных дисциплин. Формирование дисциплин определялось как внутринаучными факторами развития биологического знания, но и включенностью биологии в целостную систему функционирования науки внутри общества. Многие области отражали социальные потребности, примеры таких областей: селекция, почвоведение, растениеводство, паразитологи, бактериология, биологическая экология.
Важным моментом в расширении предмета исследования биологии стало обращение к проблеме человека. Исследуются биологические причины болезней, проводится поиск новых методов лечения и лекарств, происходит осознание роли природных факторов на жизнедеятельность человека.
Существует такая
Что же касается социальной, гуманистической стороны, то развитие современного естествознания все больше обнаруживает его принадлежность к общему процессу познания системы “человек-природа-общество”. Антропогенные факторы становятся важной частью изучения природных объектов. С другой стороны усиливается значение экологических и биосферных аспектов научно-исследовательских программ.
В настоящее время тенденция к гуманизации биологии наиболее ярко проявляется в тех направлениях исследования, которые непосредственно касаются проблем человека и среды его обитания (генетика человека, экология, этология, совокупность медико-биологических наук).
Основой современного естествознания стало атомное учение, создателями которого были древнегреческие ученые Левкипп и Демокрит (около 460 – 370 гг. до н.э.). А история законов сохранения, играющих фундаментальную роль в современном естествознании, начинается еще с идеи Эмпедокла и его принципа: «Ничто не может произойти из ничего, и никак не может то, что есть, уничтожиться».
Аристотель был крестным отцом физической науки. Название его книги, посвященной исследованию природы "Физика" стало названием физической науки. Аристотель вначале этой книги ставит задачи и цели так: "Так как научное знание возникает при всех исследованиях, которые простираются на начала, причины или элементы путем их познания..., то ясно, что и в науке о природе надо определить, прежде всего, то, что относится к началам". Говоря современным языком, физика должна изучать основные закономерности (первые причины) природы и ее "элементы" (элементарные частицы). Таким образом, физика является общей теорией природы, основанной на фундаментальных законах и представлениях об основных элементах (частицах и полях в современной физике).
Разбирая взгляды атомистов, Аристотель критикует их воззрения, признающие пустоту и бесчисленное множество атомов. У Аристотеля мир конечен и построен из конечного числа элементов. Понятие пустоты у Аристотеля ведет к противоречию. Среда оказывает сопротивление движению, и тогда в пустоте движение было бы бесконечным, что, по его мнению, невозможно. Другим аргументом против пустоты у Аристотеля был правильный взгляд, что в ней все тела падают с одинаковой скоростью и находились бы в бесконечном инерциальном движении. В реальных условиях движение конечно и тела падают с разной скоростью. Аристотель полагал, что, чем тяжелее тело, тем быстрее оно падает. Это его ошибочное утверждение исправит Галилей, подтвердив отвергнутое Аристотелем утверждение, что в пустоте все тела падают с одинаковой скоростью. Картина мира Аристотеля наряду с правильными мыслями содержит и неверные. Так, он считал Землю абсолютным неподвижным центром мира, и считал небесное противоположным земному. Небесным телам у Аристотеля присуще равномерное и круговое движение. Вселенная у него расслоена на сферы движения небесных светил и ограничена.
Европейская научная и культурная жизнь оживляется в более позднюю эпоху, начиная с крестовых походов. В это время (XI – XV вв.) возникают университеты, появляются крупные ученые, оживляется торговля и ремесла.
Разложение феодализма и переход к капитализму в период (XV – XVII вв.) имел в истории естествознания исключительно важное значение. В это время зарождается опытное естествознание, происходят крупные географические открытия: кругосветное путешествие Магеллана (1519 – 1522 гг.), в котором он, по существу, опытно доказал шарообразность Земли, открытие Колумбом Америки в 1492 г.
Понятие средневековых ученых о Земле как о плоском теле, центре мироздания, нуждалось в изменении, и такое изменение внес польский ученый Николай Коперник. Всего было издано шесть книг под общим названием "О вращениях небесных тел", в которых Коперник построил простую модель солнечной системы мира. Планеты, в том числе и Земля, вращаются вокруг Солнца по круговым орбитам. Так как движение Земли не отражается на видимой картине сферы неподвижных звезд, то Коперник предполагает чрезвычайно огромные размеры этой сферы по сравнению с орбитой Земли.
Книга Коперника поставила перед наукой ряд важных проблем. Перед астрономией она поставила задачу проверить соответствие новой теории фактам. Для решения этой задачи астрономам нужны были оптические приборы и точные часы. В тоже время необходимо было объяснять физические причины движения планет.
Поэтому астрономия нуждалась также в развитии механики, в частности, в динамике. Так из открытия Коперника появилась научная программа, которая привела к возникновению экспериментального и математического естествознания, и, в первую очередь, механики и оптики.
Знаменитый астроном Иоганн Кеплер (1571 – 1630) не только принимает систему Коперника, но и развивает ее. Следующий шаг в развитии и утверждении системы Коперника был сделан выдающимся итальянским ученым Галилео Галилеем. Галилей обосновывает ее с позиций физики. Будучи профессором Пизанского университета, Галилей ставит опыты по падению тел различной тяжести со знаменитой наклонной башни. По мнению Аристотеля, скорость падения тел пропорциональна силе тяжести. Сброшенные с пизанской башни Галилеем чугунные и деревянные шары одинакового размера упали почти одновременно, а различие в скорости падения Галилей объяснил наличием силы сопротивления воздуха. Этими опытами Галилей основал новый метод естествознания – научный эксперимент.
Галилей этими опытами объяснил также, почему шары падают к подножию башни, а не на определенном расстоянии от ее подножья. Шар, сброшенный с башни, продолжает двигаться вместе с Землей и башней, и поэтому упадет к ее подножью. Птицы и облака продолжают двигаться вместе с Землей, как и атмосфера. Поэтому мы и не замечаем движения Земли. Все явления на ней происходят так, как если бы она была неподвижна.
Затем Галилей подходит к формулированию важного принципа – принципа относительности в механике. Согласно этому принципу, никакими механическими опытами невозможно установить, покоится система или движется прямолинейно и равномерно, движение в обеих системах происходят одинаково. Установление принципа относительности снимало также и главные возражения противников системы Коперника.
Галилей умер в 1642 г., через год родился Ньютон, который окончательно подтвердил систему Коперника и завершил дело, начатое Галилеем по построению классической механики. В "Началах натуральной философии" Ньютон заложил основы классической механики – механики тел, двигающихся со скоростями, значительно меньшими скорости света. Механические воззрения Ньютон пытался распространить на все явления природы.
К началу XVII столетия была подготовлена почва для быстрого развития физики. Эта подготовка заключалась, прежде всего, в осознании того факта, что преподающаяся в университетах физика не в состоянии была дать объяснение новым явлениям, обнаруженным в результате технических и географических открытий.
Одним из современников Галилея, который особенно ясно осознал противоречие старой науки новым открытиям и необходимость опоры на новую методологию был английский государственный деятель и философ Френсис Бэкон (1561 – 1626). Бэкон, как передовой человек своего времени, осознал значение науки для общественного прогресса, ее роль в развитии техники, причины неудач схоластической университетской науки и правильно понял роль опыта и практики в развитии естествознания.