Интеграционная роль физико-химической биологии в решении фундаментальных биологических проблем

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Февраля 2013 в 14:06, реферат

Краткое описание

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.

Вложенные файлы: 1 файл

Интеграционная роль физико-химической биологии в решении фундаментальных проблем биологии.doc

— 142.00 Кб (Скачать файл)

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

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.

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.

 

 

1. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ БИОЛОГИИ 

 

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 многуровневого, но единого целого. Биология стала пониматься как наука о живых системах на всех уровнях сложности - на организменном, надорганизменном (популяционно-видовой, экосистемный) и суборганизменном (молекулярный, клеточный).

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 характеристика биологии как музы нанотехнологий. По словам академика директора Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН Валентина Викторовича Власова: «В настоящее время научные исследования в области нанотехнологий признаны приоритетными во всем мире. Если говорить о биологах, они всегда работали с молекулами, которые имеют размеры порядка нанометров: ДНК, РНК, большими белками, молекулярными машинами — рибосомами, комплексами белков, которые манипулируют с нуклеиновыми кислотами.»1

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).

 

2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯ

  • 2.1. История формирования  физико-химического естествознания

 

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.

Информация о работе Интеграционная роль физико-химической биологии в решении фундаментальных биологических проблем