Развитие биологии в XX веке

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Развитие биологии в XX веке

Кафедра биологии, биоресурсов  и аквакультуры.

 

 

Новосибирск 2013

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: А.С. Кузовкова

Проверила: Л.А. Шатова

 

Содержание

Введение………………………………………………………3

Глава 1…………………………………………………………4

Глава 2…………………………………………………………6

Глава 3…………………………………………………………8

Глава 4…………………………………………………………9

Глава 5………………………………………………………....11

Глава 6………………………………………………………....13

Вывод………………………………………………………….16

 

 

 

Введение

К рубежу XIX-XX произошло много  революционных переворотов во всех отраслях естествознания.  Гениальный русский ученый  Д. И. Менделеев открыл периодическую систему элементов, благодаря чему была доказана связь между всеми видами вещества. Также появились достижения в физике, связанные с именами Планка и А. Энштейна,  открытие электрона, радия, превращение химических элементов, создание теории относительности и квантовой теории. Успехи в физике и химии открыли перед наукой широкие возможности; после второй мировой войны начинается развитие мелекулярной биологии; началось проникновение в механизм наследственности, и получила развитие генетика, сформировалась хромосомная теория. Люди научились читать генетическую информацию многих живых организмов, практически прочитали геном человека. Сейчас происходит активное развитие биологии, ее изучают всесторонне во всех учебных заведениях, и поэтому эта тема является актуальной. Моей целью является изучение самых главных открытий и достижений биологии в хронологической последовательности.

 

 

Глава 1

Классическая  генетика

 

1900 г. ознаменовался «переоткрытием» законов Менделя. Де Фриз и другие исследователи независимо друг от друга пришли к пониманию значимости работ Менделя. Вскоре после этого цитологи пришли к выводу, что клеточными структурами, несущими генетический материал, скорее всего являются хромосомы. В 1910—1915 гг. Томас Хант Морган и его группа, работавшая на плодовой мушке дрозофиле, разработала «менделевскую хромосомную теорию наследственности». Следуя примеру Менделя, они исследовали явление сцепления генов с количественной точки зрения и постулировали, что в хромосомах гены расположены линейно, как бусы на нитке. Они начали создавать карты генов дрозофилы, которая стала широко используемым модельным организмом сначала для генетических, а затем и молекулярно-биологических исследований. 
Де Фриз пытался соединить новую генетическую теорию с теорией эволюции. Он первым предложил термин мутация для изменений генов. В 1920—1930-х годах появилась популяционная генетика. В работах Фишера, Холдейна и других авторов теория эволюции, в конце концов, объединилась с классической генетикой в синтетической теории эволюции. 
Во второй половине ХХ века идеи популяционной генетики оказали значительное влияние на социобиологию и эволюционную психологию. В 1960-х годах для объяснения альтруизма и его роли в эволюции через отбор потомков, появилась математическая теория игр. Дальнейшей разработке подверглась и синтетическая теория эволюции, в которой появилось понятие о дрейфе генов и других процессах, важных для появления высокоразвитых организмов. 
В 1970х Гулд и Элдридж разработали теорию прерывистого равновесия, которая объясняла причины быстрых эволюционных изменений в исторически короткое время, ранее составлявших базу для «теории катастроф». В 1980 г. Луис Альварес предложил метеоритную гипотезу вымирания динозавров. Тогда же в начале 1980х годов были статистически исследованы и другие явления массового вымирания в истории земной жизни.

 

Глава 2

Стволовые клетки

Открытие стволовых клеток человека стало одним из трех самых  значительных открытий в биологии, сделанных в XX веке. Именно стволовые  клетки стали предметом для многочисленных спекуляций по поводу возможности их применения в практической медицине уже сегодня. Многочисленные косметологические  клиники предлагают своим клиентам новую процедуру омоложения с  использованием стволовых клеток самих  же клиентов. Более того, в рекламных  объявлениях приводят примеры успешно  проведенных процедур на именитых пациентах. 
Между тем специалисты в области биотехнологии утверждают, что им известно всего несколько отработанных технологий клинического применения стволовых клеток человека, выделяемых из костного мозга и периферической крови для лечения ограниченного числа заболеваний. 
В биологию термин "стволовая клетка" ввел русский ученый Александр Максимов в 1908 году в Берлине на съезде гематологического общества. Следующей значительной вехой в исследовании этого научного вопроса стало открытие российскими специалистами Александром Фриденштейном и Иосифом Чертковым в 60-70-е годы прошлого века стволовых клеток крови. И по большому счету именно им принадлежит авторство в создании учения о стволовых клетках. 
Однако интенсивное развитие этой науки началось с 1998 года, когда американские ученые Д. Томпсон и Д. Герхард выделили эмбриональные стволовые клетки. 
      Стволовые клетки - это популяция так называемых клеток-предшественников, обладающих высоким пролиферативным (способностью делиться) потенциалом и способностью к дифференцировке - развитию в зрелые, образующие ткани и органы клетки. Проще говоря, стволовые клетки - это та основа, из которой развивается весь организм. Так, зародыш целиком состоит из стволовых клеток, которые начинают постепенно дифференцироваться в клетки будущих органов и тканей. 
Таким образом, во взрослом организме стволовых клеток гораздо меньше, чем в новорожденном. А так как они способны преобразовываться в клетки любых органов и тканей, во взрослом организме они выполняют регенеративную функцию. То есть в случае повреждения какого-нибудь органа стволовые клетки направляются к очагу бедствия и превращаются в клетки больного органа, способствуя его восстановлению. Именно это свойство стволовых клеток легло в основу разработки методов их применения в терапевтических целях. 
Стволовые клетки делятся на эмбриональные и соматические. Эмбриональные выделяют соответственно из эмбриона на ранней стадии его развития. Соматические стволовые клетки - это клетки взрослого организма, которые присутствуют в основном в костном мозге, а также в периферической крови (крови, циркулирующей в организме) и в небольших количествах во всех органах и тканях.  
Понятно, что лечение с использованием стволовых клеток в первую очередь сводится к их трансплантации.  
   Сейчас одним из основных показаний к применению стволовых клеток служит состояние больного после лучевой или химиотерапии.

 

Глава 3

Биохимия

 

К концу XIX в. были открыты основные пути метаболизма лекарств и ядов, белка, жирных кислот и синтеза мочевины. В начале ХХ в. началось исследование витаминов. Улучшение техники лабораторных работ, в частности, изобретение хроматографии и электрофореза стимулировало развитие физиологической химии, и биохимия постепенно отделилась от медицины в самостоятельную дисциплину. В 1920-х — 1930-х годах Ханс Кребс, Карл и Герти Кори начали описание основных путей метаболизма углеводов: цикла трикарбоновых кислот, гликолиза, глюконеогенеза. Началось изучение синтеза стероидов и порфиринов. Между 1930ми и 1950ми годами Фриц Липман и другие авторы описали роль аденозинтрифосфата как универсального переносчика биохимической энергии в клетке, а также митохондрий как её главного источника энергии. Эти традиционно биохимические области исследования продолжают развиваться до сих пор.

 

Глава 4

Происхождение молекулярной биологии

 
           В  связи с появлением классической  генетики многие биологи, в  том числе, работающие в области  физико-химической биологии, пытались  установить природу гена. Для  этой цели Фонд Рокфеллера  учредил несколько грантов, а  чтобы обозначить задачу, глава  научного отдела Фонда Уоррен  Уивер ещё в 1938 г. использовал термин молекулярная биология. Он и считается автором наименования этой области биологии. 
         Как и биохимия, смежные дисциплины бактериология и вирусология (позже объединенные в виде микробиологии) в то время бурно развивались на стыке медицины и других естественных наук. После выделения бактериофага начались исследования вирусов бактерий и их хозяев. Это создало базу для применения стандартизированных методов работы с генетически однородными микроорганизмами, которые давали хорошо воспроизводимые результаты, и позволило заложить основы молекулярной генетики. 
         Кроме микроорганизмов объектами генетических экспериментов стали мушка дрозофила, кукуруза и хлебная плесень, нейроспора густая, что позволило применять также методы биохимии, а появление электронного микроскопа и высокоскоростных центрифуг позволило пересмотреть даже само понятие «жизнь». Понятие о наследственности у вирусов, воспроизведение внеядерных нуклеопротеиновых структур усложнили ранее принятую теорию менделевских хромосом. 
        В 1941 г. Бидл и Тейтем сформулировали свою гипотезу «один ген — один фермент». В 1943 г. Освальд Эйвери, продолжая работу, начатую Фредериком Гриффитом, показал, что генетическим материалом в хромосомах является не белок, как думали ранее, а ДНК. В 1952 г. этот результат был подтвержден в эксперименте Херши — Чейз, и это был лишь один из многих важных результатов, достигнутых так называемой фаговой группой Дельбрюка. Наконец, в 1953 г. Уотсон и Крик, основываясь на работе Мориса Уилкинса и Розалинды Франклин, предложили свою знаменитую структуру ДНК в виде двойной спирали. В своей статье «Molecular structure of Nucleic Acids» («Молекулярная структура нуклеиновых кислот») они заявили: «От нашего внимания не укрылось то, что специфическое спаривание, которое мы постулировали, одновременно позволяет сделать предположение о механизме копирования генетического материала». Когда через несколько лет механизм полуконсервативной репликации был подтвержден экспериментально, большинству биологов стало ясно, что последовательность оснований в нуклеиновой кислоте каким-то образом определяет и последовательность аминокислотных остатков в структуре белка. Но идею о наличии генетического кода сформулировал не биолог, а физик Георгий Гамов.

 

Глава 5

Клонирование

Разработка в конце 20 века технологии клонирования сложноорганизованных организмов стало событием, обратившимся на себя внимание всего человечества. Оно привлекло всеобщее внимание, прежде всего, в связи с проблемой  возможности создания клонов людей. Появление клонирования поставило  перед обществом целый ряд  этико-философских, правовых, религиозных, социальных проблем. Клонирование открыло  перед человечеством перспективу  продления биологической жизни  человека в новом, идентичном старому, теле. Появилась надежда на решение  проблемы бесконечного продолжения  жизни человека. 
       Термин клонирование произошел от древнегреческого слова, которое в переводе означает «ветвь, побег, отпрыск», и использовался в области ботаники. В 70-е годы 20 в. слово «клон» стали использовать для обозначения живого организма человека или животного, полученного от одного предка. К концу 20 в. термин «клонирование» стал использоваться для обозначения технологии получения той или иной искусственной идентичной генетической копии одной из существующих форм жизни. В настоящее время клонирование часто определяется как метод репродуктивной технологии, дающий возможность копирования генетического материала таким образом, что потомство получается генетически идентичным. 
      Технология клонирования состоит в том, что из яйцеклетки при помощи микрохирургической операции удаляется ядро и вместо него вводится ядро соматической клетки другой особи (донора), в которой содержатся гены только донорского организма. Различия в геномах родительского организма и его клона составляют от 0, 05% до 0, 1%. Второй вариант технологии – это энуклуация соматической клетки и введение в нее ядра яйцеклетки. В связи с тем, что различия, хоть и минимальные существуют, в строгом смысле слова клон не является абсолютно идентичным родительскому организму. 
      Л.И. Корочкин, член-корр. РАН, считал, что «…копирование и клонирование – вещи разные, и методами клонирования точные копии соответствующего образца создать просто невозможно… Почему же невозможно использовать клонирование на практике? Дело в том, что соматические ядра, которые при клонировании трансплантируются в яйцеклетку, по-видимому, необратимо изменены. При трансплантации в яйцеклетку 4% ее генов работают неправильно: неправильное время, неправильное место их включения»[1]

 

Глава 6

Химиотерапия 
        Борьба с бактериальными заболеваниями в некотором отношении проще, чем с вирусными, бактерии легче поддаются культивированию. Кроме того, они более уязвимы. Бактерии существуют вне клеток «хозяина» и оказывают свое вредоносное действие, либо конкурируя с ними в пище, либо выделяя токсины. Однако их обмен веществ, как правило, отличается от обмена веществ клеток «хозяина». Поэтому у нас всегда есть возможность воздействовать на бактерии теми химическими веществами, которые нарушат их обмен веществ, не влияя сколько-нибудь существенно на клеточный обмен веществ. 
          Использование химических лекарственных средств для борьбы с болезнями восходит к доисторическим временам. Лечение травами и отварами приносит порой положительные результаты и в наши дни. Опыт приготовления таких лекарств лекари-«травники» передавали из поколения в поколение. Например, хинин применялся сначала как народное средство против малярийного паразита, а позже его взяли на вооружение профессиональные медики. 
           Появление синтетических препаратов дало возможность подбирать для каждой болезни специфическое лекарственное вещество. Пионером в этой области был Эрлих — он называл такие лекарства «волшебными пулями», отыскивающими и убивающими микроба, не принося никакого вреда клеткам тела больного. 
          Эрлих работал с красителями бактерий. Зная, что эти краски вступают в специфические соединения с определенными составными частями бактериальных клеток, ученый попытался установить, нельзя ли ими разрушить рабочий механизм бактерий. Ему и в самом деле удалось найти краситель — трипановый красный, который разрушал трипаносом, — правда, они относятся к простейшим, а не к бактериям, но это не меняет дела. 
          Однако Эрлих на этом не остановился. Он справедливо рассудил, что действие трипанового красного обусловлено сочетаниями атомов азота, входящих в состав красителя. Атомы мышьяка по своим химическим свойствам сходны с атомами азота, но в соединениях более ядовиты. И Эрлих стал испытывать — одно за другим — все мышьяксодержащие органические вещества, которые в то время можно было достать или синтезировать. 
          В 1909 г. один из его помощников обнаружил, что соединение, известное в лаборатории под № 606, будучи не очень эффективным против трипаносом, дало превосходные результаты на возбудителе сифилиса. Эрлих назвал это лекарство сальварсаном и посвятил остаток своей жизни улучшению метода его использования для лечения сифилиса. 
           С получения трипанового красного и сальварсана ведет свое начало современная химиотерапия, то есть лечение химическими препаратами (термин предложен Эрлихом). Ученые возлагали большие надежды на то, что и другие заболевания удастся лечить аналогичным способом. К сожалению, в течение 25 лет после обнаружения эффективного действия сальварсана исследователям не удалось извлечь ничего полезного из огромного списка синтетических органических веществ. 
           Но прошло время, и судьба вновь улыбнулась медикам. Немецкий биохимик и врач Герхардт Домагк (род. в 1895 г.), работавший по заданию фирмы по производству красителей, начал систематически испытывать новые красители в надежде использовать некоторые из них в медицине. Одним из вновь созданных препаратов был пронтозил. В 1932 г. Домагк обнаружил, что инъекция этого красителя оказывает сильнейшее действие на стрептококковую инфекцию у белых мышей. 
           Вскоре ему пришлось проверить этот препарат на собственной дочери, которая, уколовшись иглой, внесла в организм стрептококковую инфекцию. Никакое лечение не помогало, и Домагк в отчаянии ввел ей большую дозу пронтозила. Больная быстро пошла на поправку, и в 1935 г. мир узнал о новом лекарстве. 
           Незадолго до этого группа французских бактериологов установила, что антибактериальное действие пронтозила связано с наличием в его молекуле остатка сульфаниламида (соединения, известного химикам еще с 1908 г.). Использование пронтозила и других сульфаниламидных препаратов ознаменовало целую плеяду «чудесных лекарств». Множество инфекционных болезней, особенно некоторые разновидности пневмонии, перестали угрожать жизни человека. 
            Ученые долго не могли найти лекарственных веществ для борьбы с туберкулезными бациллами. И только в 1952 г. немецким и американским исследователям удалось обнаружить, что гидразид изоникотиновой кислоты (тубазид) удивительно эффективно излечивает от туберкулеза. С тех пор тубазид и его производные стали повсеместно применяться в борьбе с туберкулезом.

 

Вывод

XX век стал очень значимым  для всего человечества. Никто  не мог игнорировать всё ускоряющийся  процесс. Открытия в области  физики, биохимии, микробиологии, значительно расширили мировоззрение человека. Понятно, что столь значительные открытия и нововведения повлияли не только на изменение мировоззрения нескольких поколений, но и на весь уклад их жизни.  
XX век можно назвать веком выдающихся научных открытий. Открытие гена, развитие такой науки как генетика позволили проникнуть человечеству в структуру ДНК и расшифровать генетическую информацию. Развитие технологии клонирования позволило ученым создавать генетически идентичные особи, что полезно сказалось на сельском хозяйстве и медицине.  
Именно в это время, безусловно, увеличивается роль науки, без неё стало невозможно развитие производства. Научные открытия внедряются в медицину и сельское хозяйство. Жизнь человека сильно изменяется благодаря великим научным достижениям.

 

 

Литература

1.  Модификация человека. Круглый стол Института философии  РАН и журнала «Человек» // Человек. 2006, №5, с.55.

2. История биологии. С  начала XX века до наших дней' - Москва: Наука, 1975

3. Кемп П., Армс К. Введение в биологию. М.,1986.

4. Азимов А. Краткая  история биологии. М.,1967.

5. http://ru.wikipedia.org/wiki/История_биологии#XX_.D0.B2.D0.B5.D0.BA

6. Карпенков С.Х. «Основные концепции естествознания». М.: Академический проект,2002г.

7. Бернал Дж. Наука в истории общества. М.,1956

8. Леонов В.Е. «Концепции  современного естествознания». М.: Вектор,2007г.

9. http://ru.wikipedia.org/wiki/Генетика

10. 1)  Кудрявцев П.С.  «Курс истории физики». М.:Просвещение,1971г.