С. В. Межжерін

Я. О. Межжеріна

Т. В. Коршевнюк

(Профільний рівень) підручник для 10 класу

загальноосвітніх навчальних закладів

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України

Київ

«Видавництво «Планета книжок»

2010

ББК 28.0я721

М43

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України

(Наказ Міністерства освіти і науки України № 177 від 03.03.2010 р.)

ВИДАНО ЗА РАХУНОК ДЕРЖАВНИХ КОШТІВ. ПРОДАЖ ЗАБОРОНЕНО

Автори розділів та частин підручника: С.В. Межжерін , доктор біологічних наук, професор: «Загальна характеристика живої природи», «Молекулярний рівень організації живої природи», «Клітинний рівень організації живої природи»; Я.О. Межжеріна : семінарські заняття, ко+ локвіуми; Т.В. Коршевнюк , кандидат педагогічних наук, ст. науковий співробітник: практичні та лабораторні роботи, завдання до підготовки до контролю знань, тематика лабораторного практикуму.

Методичний апарат Я.С. Фруктової, Т.В. Коршевнюк

Художник І.П. Медведовська

Наукову експертизу проводив Інститут молекулярної біології і генетики НАН України; психолого+педагогічну експертизу проводив Інститут педагогіки НАПН України; експерти, які здійснювали експертизу: Н.В. Трещова , вчитель+ методист ЗОШ № 10 , м. Сімферополь,; Т.В. Буджак , вчитель+методист ліцею № 3 медичного профілю, м. Чернівці; В.Я. Гришко , методист вищої категорії відділу освіти Полтавської РДА; Є.М. Янкова , вчитель+методист, Методичний кабінет відділу освіти Канівської районної державної адміністрації Черкаської обл..; М.О. Колесник , кандидат педагогічних наук, доцент кафедри біології Чернігівського державного педагогічного університету ім. Т.Г. Шевченка;

УМОВНІ ПОЗНАЧЕННЯ:

— запитання першого та другого рівнів складності;

— запитання третього та четвертого рівнів складності; — загальні висновки.

Межжерін С.В.

М43 Біологія : (профіл. рівень) : підруч. для 10 кл. загальноосвіт.

навч. закл. / С.В.Межжерін, Я.О.Межжеріна, Т.В.Коршевнюк. — К. : Планета книжок, 2010. — 336 с. : іл.

ISBN 9789662329025.

ББК 28.0я721

ISBN 9789662329025 © С. В. Межжерін, Я.О. Межжеріна, Т.В. Коршевнюк, 2010

© Художнє оформлення, ТОВ «Видавництво «Планета книжок», 2010

Шановні старшокласники!

У десятому класі ви починаєте вивчати нові біологічні дисципліни, які дозволять не тільки поглиби+ ти, систематизувати та узагальнити вже набуті знання про найпростіших, гриби, рослини, тварин, організм людини, а й відкрити нові, ще невідомі вам, факти про живих істот, їх молекулярний склад та клітинну будову, зрозуміти, як вони дихають і живляться, ростуть і розмно+ жуються, відчувають і рухаються.

Ви дізнаєтеся, що життя можна розглядати як ней+ мовірно складний і надзвичайно злагоджений «оркестр» хімічних реакцій, зрозумієте, як з’їдений вами пиріжок перетворюється на тепло тіла, і усвідомите механізм од+ ного з найдивовижніших процесів у природі — перетво+ рення неорганічних речовин на органічні в рослинах за допомогою сонячного світла. Здивуєтеся, коли на уроках біології — науки про життя — вивчатимете, на перший погляд, зовсім неживі об’єкти — віруси.

Ви — одне з найперших поколінь школярів, кому стане відома будова пріонів, загадка яких в останні роки бентежила розуми вчених усього світу. Ознайомитеся з дивовижною речовиною, завдяки вигадливій будові якої можливе відтворення живих організмів, — із ДНК. Довідаєтеся, з чого і як побудована основа живого — білки, зможете дослідити клітину як структурну і функціональну одиницю живого, саморегулюючу та са+ мовідтворюючу систему. Шлях, яким ви пройдете цього року, науковці долали століттями.

Для зручності матеріал підручника розподілено на розділи , теми та параграфи . Зверніть увагу на запитан+ ня, які подано у тексті кожного параграфа і виділено курсивом, їх мета — перевести базові знання із «пасиву» в «актив», встановити причинно+наслідкові зв’язки,

зробити набуті знання міцним фундаментом для побудо+ ви складних теоретичних узагальнень.

На початку кожного параграфа подано терміни та по+ няття, що допоможуть вам зорієнтуватись у новому ма+ теріалі, підкажуть, на що необхідно звернути увагу.

Інформація, виділена іншим шрифтом, відмінним від основного, сподіваємося, буде для вас цікавою. Усі слова, виділені або надруковані на кольоровому фоні, потребують особливої уваги.

Ілюстрації та схеми потрібні для того, щоб ви «включи+ ли» своє образне мислення та уявили щойно прочитане.

Повторити вивчене і з’ясувати, як засвоєно новий матеріал, вам допоможе рубрика «Перевірте себе », по+ дана наприкінці параграфів.

Запитання рубрики «Як ви вважаєте?» — найскладніші — це спрямування до наукового пошуку. Якщо зможете оригінально, цікаво й обґрунтовано відповісти на них, то ви не просто завчили матеріал, але й зрозуміли суть проблеми. А якщо зможете відповісти на всі запитання цієї рубрики — виходить, не помилили+ ся, обравши біологію профільним предметом.

Випробувати свої сили у прикладній та експеримен+ тальній біології, застосувати накопичені знання, розви+ вати інтуїцію дослідника ви зможете, виконуючи лабо раторні та практичні роботи .

Завдання для підготовки та контролю знань, а також запитання колоквіум у, розміщені в кінці кожного розділу, допоможуть з’ясувати обсяг та рівень засвоєння вами навчального матеріалу.

Зробити спробу стати справжніми науковцями до+ поможуть вам семінарські заняття . Сперечатися, дис+ кутувати, шукати істину — все це ви будите робити, готуючись до них. Саме над цими питаннями точаться найгостріші суперечки в науковому світі сьогодні. Запропоновані теми семінарів — все ще не є догмами науки. Тож, можливо, саме ви відшукаєте істину і зможете дати пояснення неймовірним речам.

Але пам’ятайте, що підручник — це лише своєрідний дороговказ у світі знань. Наука, яку ви вивчаєте, надто складна, а факти, закони, гіпотези і теорії — надто чи+ сельні, щоб поміститися на його сторінках. Тому будьте готові скористатися енциклопедіями, довідниками, ре+ сурсами Інтернет+джерел, які дозволять вам розширити межі відомого, поповнити скарбницю ваших знань, знайти відповіді на найрізноманітніші та найскладніші запитання.

Удачі вам у вивченні біології!

Автори

Не буде перебільшенням сказати, що сучасна біологія (від грец. біос — життя, логос — наука) — одна

обґрунтування методів запобігання хворобам людини та зміцнення її здоров’я (пригадайте, які хвороби в наш час є найбільш небезпечними для людства ); це наукова база для сільського господарства (мал. 2 ) й виробництва продук+ тів харчування, дефіцит яких на земній кулі стає все відчутнішим. За допомогою сучасних біотехнологій вже найближчим часом можливий перехід на біопаливо, що, на думку вчених, при потребі допоможе подолати енер+ гетичну кризу. І взагалі, саме біологія — ключ до гармонійного існування природи й людини, що є обо+ в’язковою умовою не тільки сталого розвитку сучасної цивілізації, а й існування людства.

Раціон харчування людини цілком складається з таких об’єктів біологічного походження, як крупи, борошно, овочі та фрукти, м’ясні, рибні, молочні продукти, прянощі (мал. 3 ). Власне кажучи, з їжею ми споживаємо тільки два небіологічні компоненти — воду та сіль. Навіть оцтова кис+ лота, що використовується як приправа або для консервації, теж має безпосереднє відношення до живого, оскільки є ре+ зультатом обміну речовин. Виявляється, щодня в організмі здорової людини утворюється 300 грамів оцтової кислоти!

Якщо ще 50 років тому своє майбутнє людство пов’язувало з технічним прогресом: польотами в космос, конструюванням надпотужних машин, ядерною енерге+ тикою, створенням величезних водосховищ (мал. 4 ), зміною течії річок, то нині стало очевидним, що зроста+ юче виробництво матеріальних благ тісно пов’язане з руйнуванням природи. У результаті постраждали не тільки ліси, озера, річки, тварини та рослини, багато

Темпи винищення живого можна проілюструвати. Так, якщо до першого видання Червоної книги України, яке було опубліковано в 1980 р., входило 245 видів тварин та рослин, до другого, що побачило світ в 1994–1995 рр. (мал. 5 ), — 895, то до третього, 2009 р. видання, включено понад 1350 видів.

Науки про життя стали основним пріоритетом роз+ витку сучасного суспільства. Саме їм приділяють підвищену увагу не тільки науковці, а й гро+ мадськість, політичні діячі. Наприклад, про таке до+ сягнення сучасної біології, як розшифровка геному людини, сповістили світ у 2000 р. президент США та

хімії та фізики, то XXI ст. чимало видатних науковців сучасності оголосили століттям біологічної небезпеки.

Так само, як у 1955 р. за ініціативою найавтори+ тетніших вчених світу А. Ейнштейна і Ф. Жоліо+Кюрі виник Пагуошський рух, спрямований проти ядерної зброї, в наш час вкрай актуальним є запобігання неконт+ рольованому використанню ресурсів навколишнього середовища, неетичному ставленню до живих об’єктів та природи взагалі (мал. 6 ). (Пригадайте, які видатні особис; тості сьогодення вже приєдналися до цього руху. )

Наука впритул підійшла до межі, за якою приховано таємницю життя. Сьогодні неможливо передбачити, чим може закінчитися вільне маніпулювання цією таємницею.

Жива природа — це головний ресурс людства, запаси якого вже суттєво підірвані. З кожним роком зростає дефіцит питної води. Забруднення повітря (мал. 7 ) й не+ природні продукти харчування призводять до появи раніше невідомих хвороб. Незважаючи на виведення нових, більш продуктивних сортів рослин та порід тварин, кількість голодуючих на земній кулі не тільки не змен+ шується, а навіть збільшується. Причиною, перш за все, є зміна клімату, що призводить до посухи та неврожаю, а також зменшення площі орних земель, зниження ро+ дючості ґрунтів.

Глобальною проблемою людства , яка в ХХІ ст. вийшла на перше місце, стали взаємини людини й при+ роди. Серед конкретних екологічних проблем зазвичай визнають зміну клімату (мал. 8 ), дефіцит прісної води (мал. 9 ), перетворення орних земель на пустелі, дегра+ дацію рослинності, зростання чисельності населення, забруднення ґрунту, води й повітря відходами виробни+ цтва, потоншення озонового шару, виснаження природ+ них ресурсів, появу й поширення нових захворювань. Зрозуміло, що без пізнання й опанування людством пра+

медицину, подальше існування сучасної цивілізації виявляється просто неможливим.

За даними ООН, на грудень 2008 р. кількість голодуючих у всьому світі перевищила 960 мільйонів. Більшість голодую+ чих (907 мільйонів) проживає в країнах, що розвиваються. З них 65 % живуть в Індії, Китаї, Конго, Бангладеш, Індонезії, Пакистані та Ефіопії.

Однак не варто зосереджуватися лише на прикладній

машнє кошеня і мальовничий пейзаж за вікном, золота рибка в акваріумі й навіть молодший брат — це все об’єкти вивчення біології. Адже найкрасивіше й найгар+ монічніше у світі — це живе! Тому пам’ятайте, що ви вивчаєте дуже цікаву науку про чарівні явища та об’єкти (мал. 11 ).

Безсумнівно, величезною є й пізнавальна цінність живої природи і біології як засобу її пізнання. Біологія — не тільки спосіб вивчення живої природи як такої, але й спосіб впливу на неї. З розвитком різних галузей цієї науки, зокрема біотехнології, з’являються, наприклад, генномодифіковані організми (бактерії, рослини й тварини) з властивостями, які дотепер природі не були відомі.

Отже, усе, що відбувається у світі, так чи інакше пов’язане з життям. Мертвий світ порожній і безглуздий.

Подумайте, навіть такі явища, як технічний прогрес або мистецтво — це теж результат діяльності біологічного об’єкта — людського мозку. Так чи інакше, усе цікаве у світі пов’язане з біологією, а значить не можна осягнути суть більшості природних явищ, не знаючи їх біоло+ гічної основи.

Біологія — одна з найважливіших сучасних наук. Вона є не тільки способом вивчення живої природи, що є основним ресурсом людства, але й способом впливу на неї. Крім того, жива природа має величезну пізнавальну та естетичну цінність. Мал. 9.

На цьому місці колись протікала ріка

1. У чому полягає ресурсна цінність біологічних об'єктів?

2. Назвіть найбільш актуальні екологічні проблеми, що сьо$ годні постають перед людством.

3. У чому полягає естетична цінність живої природи?

1. Що повинні зробити біологи для того, щоб запобігти дефіциту їжі на планеті?

2. Розгляньте ілюстрації (с. 7–8). Чи може розвиток біологічних знань вплинути на розв’язання екологічних проблем? Як саме?

Мал. 10. Доберіть ще приклади негативного впливу людини на приро$

_{Чисте море —} ду. Розкажіть про сучасні ідеї охорони навколишнього світу.

3. Чому живі організми вважають найкрасивішими й найгар$

Найперші дослідження будови тіла людини провів видатний лікар, реформатор античної медицини, ав+ тор праць з анатомії «Про залози», «Про серце», «Про природу кісток» Гіппократ (мал. 12 ) (бл. 460–377 рр. до н. д.). Він досить добре знав будову серця, розрізняв артерії та вени, визначав черепномозкові та спинномозкові нерви. Гіппократ цілком справедливо вважав, що процес дихання відбувається за допомо+ гою легень, але помилявся, думаючи, що цей процес слугує для охолодження серця. Він висловив геніальну на той час думку про зв’язок головного мозку з психічною діяльністю людини. (Пригадайте типи тем; пераменту та чотири основні «тілесні рідини», з якими їх пов’язував Гіппократ. )

Початок власне біологічної науки заклав у своїх працях давньогрецький вчений і філософ Аристотель (мал. 13 ) (384–322 рр. до н. д.), якого вважають заснов+ ником зоології. Він написав кілька спеціальних трак+ татів, присвячених будові, класифікації й виникненню тварин, найвідомішим з яких є «Історія тварин». У цій праці Аристотель описав будову тіла тварини, систему органів людини, здійснив порівняння будови тіла люди+ ни і тварини, розглянув способи розмноження й особли+ вості розвитку тварин.

Засновником ботаніки вважають давньогрецького природодослідника Теофраста (мал. 14 ) (близько 372– 287 рр. до н. д.), улюбленого учня Аристотеля. У праці «Історія рослин» Теофраст описав різні способи розмно+ ження рослин і процес проростання насіння, вказав на відмінності між однодольними і дводольними рослина+ ми, визначив, що рослини можуть належати до чо+ ловічої або жіночої статі. Він першим запровадив термін Аристотель «плід».

Визначний біолог+дослідник, римський лікар Клавдій Гален (мал. 15 ) (н. д. 130–200) вважається батьком анатомії. Його авторитет як вченого був незаперечним понад тисячу років. Гален вивчав внутрішню будову свійських тварин: овець, биків, свиней, собак, а та+ кож мавп. Він дослідив і детально описав їхні серце, м’язову систему, центральну і периферичну нервові системи.

Біологія в Середні віки та епоху Відродження. В епоху Середньовіччя біологія практично не розвивалася. (При; гадайте характерну ознаку цього періоду в історії людства. ) Будь+які спроби проникнути в сутність природних явищ визнавалися єретизмом. Нечисленні сміливці, які наважувалися на це, зазнавали гонінь або були страчені. Серед них і видатний іспанський анатом Мігель Сервет (мал. 16 ) (1511–1553), який першим вказав на споріднені зв’язки між людиною і мавпою.

З XVI ст. розпочався бурхливий розвиток приро+ дознавства, філософії, мистецтва. Цей період називається епохою Відродження. Інтерес до приро+ дознавства був одним із чинників зародження промис+ ловості, розвиток якої був неможливий без наукової революції. (Пригадайте з уроків історії, які саме наукові відкриття сприяли розвитку капіталістичних відносин на межі XV–XVI ст. )

Середньовічна біологія, як і антична, спочатку не відокремлювалася від філософії і тому називалась натурфілософією (від лат. натура — природа). Перші трактати про сутність та явища природи, присвячені пи+ танням природознавства, були досить абстрактними. Проте поступово починають формуватися нові підходи до пізнання живої природи і набувають розвитку наукові методи досліджень — спостереження й експеримент. Саме на підставі експериментальних досліджень біологія сформувалася як наука.

Першочергову роль у становленні біології відіграли експериментальні дослідження з анатомії й фізіології людини, яких так потребувала медицина.

Не задовольняючись лекціями своїх учителів, які викладали за Галеном, Андреас Везалій (мал. 17 ) (1514–1564) під загрозою смертної кари потайки досліджував людські тіла. Везалій виправив близько 200 історичних помилок Галена, зокрема спростував твердження про те, що у чоловіків на одне ребро мен+ ше, ніж у жінок, та не знайшов кісточку, яка не го+ рить у полум’ї і має таємничу силу, що дозволить лю+ дині воскреснути у день Страшного суду та постати

М. Сервет перед Богом, як було описано у підручниках з анатомії того часу.

Інший видатний анатом, фізіолог та ембріолог Віль$ (мал. 18 ) (1578–1657) експериментально

ям Гарвей

довів, що у людини відбувається безперервний замкне+ ний кровообіг, встановив, що серце має м’язову будову і є органом кровообігу. Ці дослідження мали величезне значення: вони довели, що будова тіла і процеси, які відбуваються в організмі людини і тварини, подібні, а тому розуміння їхньої природи не потребує участі душі або божественного начала.

Геніальний художник, мислитель, технік Леонардо да Вінчі (1452–1519) протягом десятків років анатомував людські тіла і зробив багато точних замальовок. На жаль, його анатомічні трактати стали широковідомі лише через півтора століття після смерті автора і тому не мали впливу на розвиток цієї науки.

Важливий науковий напрям експериментальної біології кінця епохи Середньовіччя сформувався після відкриття дрібних істот, яких не здатне бачити око людини, а також клітинної будови організмів. Вивчення мікросвіту стало можливим завдяки роз+ витку оптики, винайденню лінз і мікроскопа. Знач+ ний внесок у розвиток мікроскопічних досліджень зробив англієць Роберт Гук (мал. 19 ) (1635–1703), який описав мікроскопічну будову тканин рослин та таких доволі дрібних об’єктів, як око мухи, крило бджоли, личинка комара. Виявив їх клітинну будову і голландець Антоні ван Левенгук (мал. 20 ) (1632–1723), який за допомогою виготовлених власноруч лінз із понад 250+кратним збільшенням першим побачив спермато+ зоїди, бактерії та найпростіших, назвавши їх «тварин+ ками». (Пригадайте роздільну здатність сучасного світло; вого та електронного мікроскопа. ) Сьогодні мікробіологія, засновником якої вважають Левенгука, переживає свій розквіт.

«Всі мої прагнення спрямовані лише на те, щоб зробити очевидною істину і докласти мій невеликий талант до того, В. Гарвей щоб відволікти людей від старих та забобонних переко+ нань», — писав Левенгук. (Чи існують у сучасному світі забобонні переконання, які не може пояснити біологічна наука? )

Становлення основних біологічних наук у XVIII– XIX ст. Протягом XVIII — першої половини XIX ст. відбулося остаточне становлення біології як науки, сформувалися основні її напрями. (Назвіть відомі вам біологічні дисципліни. ) Це супроводжувалося важливими науковими відкриттями. До них належить встановлення наприкінці ХVIII ст. факту «живлення» у рослин, в якому важливу роль відіграють сонячні промені. (Пригадайте, що таке фотосинтез. ) Практичні результати експери+ ментів з живлення рослин, що їх проводили не лише біологи, а й хіміки та фізики, довели, що вивчати живі істоти можна так само, як і неживі об’єкти — за допомо+ гою методів фізичних наук: вимірювань, зважувань та обчислень.

Цей період ознаменувався становленням систематики як самостійної науки та формуванням клітинної теорії.

Накопичення знань про тварин і рослини потребува+ ло їх систематизації. Спочатку види тварин і рослин упорядковували за алфавітом, потім почали класифіку+ вати за особливостями будови тіла і способу життя. Така класифікація допомагала ще й визначати види тварин і рослин. Вагомий внесок у формування системи тваринного і рослинного світу зробив шведський природознавець Карл Лінней (мал. 21 ) (1707–1778), який «зазирнув у кожну квітку» та за кількістю і характером тичинок поділив рослини на 24 класи. Його дослідження запо+ чаткували сучасну біологічну науку — систематику, зав+ данням якої є впорядкування, класифікація всіх живих організмів. Головним недоліком системи Ліннея було те, що вона не враховувала спорідненості видів. Лише кла+ сифікація живих істот, побудована за багатьма ознаками, робить систему організмів сталою.

Цікаво, що сучасники Ліннея, зокрема Бюффон, рішуче заперечували класифікацію, яка, на їх думку, не тільки порушувала неперервність живих істот, але й «вбивала» прекрасний світ живої природи своєю штучністю. (А як вва; жаєте ви? )

Класифікацію Ліннея згодом було модифіковано. Адже науковець шукав лише подібні ознаки у рослин, і не бачив родинні зв’язки між видами, оскільки запере+ чував можливість еволюції та нерідко спирався у своїй роботі на інтуїцію та інстинкт натураліста.

У XIX ст. відбулися епохальні відкриття в області вивчення клітини. Було встановлено, що клітина складається з ядра і цитоплазми, а клітини тварин і рослин мають подібну будову. Спираючись на ці та інші

Мал. 21. факти, зокрема результати емпіричних досліджень Мат+ тіаса Шлейдена (1804–1881) щодо ролі ядра в клітинах К. Лінней рослин, німецький біолог Теодор Шванн (мал. 22 ) (1810–1882) у 1839 р. сформулював теоретичне поло+ ження, відповідно до якого всім організмам властива клітинна будова. Клітинна теорія Т. Шванна містила й помилкові судження, зокрема вчений припускав, що клітини в організмі виникають шляхом новоутворень із первинної неклітинної речовини. Проте завдяки цій те+ орії стала очевидною спорідненість всіх живих істот — людина й інфузорія, миша і квасолина мають одну спільну ознаку: вони складаються з клітин.

1. Чому першими, хто почав досліджувати біологічні явища, були філософи?

2. Чому протягом епохи Середньовіччя, незважаючи на пе$ реслідування, розвивалися дослідження з анатомії людини?

3. Чому систематику називають «альфою» і «омегою» будь$ якої біологічної науки?

4. Які чинники у різні історичні періоди сприяли розвитку біологічних наук, а які — стримували?

§3. СТАНОВЛЕННЯ СУЧАСНОЇ БІОЛОГІЇ

Терміни та поняття: концепція креаціонізму, палеонтологія, Мал. 23. трансформізм, еволюційна теорія, дарвінізм, природна сис$ тема організмів, генетика, молекулярна біологія, екологія. Ж. Кюв’є

Формування еволюційної теорії. До XVIII ст. у біології панувало уявлення про сталість і незмінність видів організмів, а їх різноманітність пояснювали результатом божественного творіння.

Наприкінці XVIII — початку XIX ст. ці погляди сформувалися як концепція (від лат. концепціо — розуміння, система) креаціонізму (від лат. креаціо — створення), згідно з якою світ людини та різні форми життя на Землі створені вищою надприродною силою. Її прихильники вважали, що видів існує стільки, скільки їх було під час створення світу.

Ілюстрацією панування креаціонізму в палеонтології Мал. 24.

того часу є опис скелета викопної гігантської саламанд+ Ж. Л. Бюффон ри як грішника — свідка Всесвітнього потопу.

Проте викопні рештки свідчили, що колись на Землі жили не окремі види тварин, що вимерли, а цілі групи, які послідовно змінювали одна одну. Для пояснення цієї суперечності французький зоолог Жорж Кюв’є (мал. 23 ) (1769–1832), якого вважають засновником палеонтології (від грец. палаїс — давній, онтос — істота, логос — вчення) — науки, що вивчає вимерлі організми, запропонував теорію, відповідно до якої в історії Землі були періоди ката+ строф, наслідком яких стало вимирання цілих груп тварин, після чого за волею Творця відбувалось онов+ лення тваринного і рослинного світу. Науковець до+ водив, що у світі тварин існує чотири типи тіла: чле+ нистий (раки, комахи, деякі черви); м’якотілий (рав+ лики, восьминоги та ін.); хребетний та променевий. Якщо К. Лінней в основу своєї класифікації поклав виключно зовнішні ознаки, то Кюв’є додав до них анатомічні.

Кюв’є встановив принцип кореляції (від лат. кореляціо — співвідношення) органів. Наприклад, якщо звір мав ікла, то у нього не було рогів. На основі цього принципу науковець здійснив реконструкцію багатьох вимерлих тварин, яких раніше вважали «іграми природи» або «кістяками казкових велетнів» чи древніх святих.

Кюв’є описав близько 150 видів раніше невідомих науці ссавців та плазунів. «Дайте мені лише одну кістку, і я відновлю усю тварину», — говорив учений.

У той час, на противагу креаціонізму, розвивається трансформізм (від лат. трансформо — надавати нового вигляду, перетворювати) — вчення про історичну змінність організмів і походження одних видів від

Ч. Дарвін інших, що відбувається без участі Творця. Прибічника+ ми цього вчення були Р. Гук, французький ботанік Жорж Луї Бюффон (мал. 24 ) (1707–1788), німецький природознавець і поет Йоганн Вольганг Гете (1749–1832), а також Еразм Дарвін (1731–1802) — англійський натураліст і поет, дід Чарлза Дарвіна.

Проте рушійні сили — фактори (від лат. фактор — той, що робить) еволюції (від лат. еволюціо — розгортан+ ня) — ці вчені детально не досліджували. Трансфор+ місти обмежилися лише міркуваннями про первинну доцільність організмів і не розглядали власне біологічні механізми еволюційних перетворень, тому ця теорія трансформізму була таким самим умовиводом, як і креаціонізм.

Перша еволюційна теорія — система ідей про істо+

І. І. Мечніков ричну змінність живого, що являла собою вершину трансформізму, була закладена французьким ученим Жаном Батістом Ламарком (мал. 25 ) (1744–1829). Основні положення цієї теорії викладено у праці «Філософія зоології»: організми змінюються під дією зовнішніх та внутрішніх факторів; види несталі і перетво+ рюються в інші види; в організмах закладено прагнення до вдосконалення, на шляху до якого відбувається еволюція; зміни організмів, набуті за життя, успадкову+ ються.

Ламарк одним із перших спробував розробити природ+ ну систему рослин. За ступенем удосконалення квітки та плоду він поділив їх на таємношлюбні, однолопасні, не+ повні, складноцвітні, однопелюсткові, багатопелюсткові. (Чи використовують у сучасній ботаніці цю класифікацію? )

Термін «біологія» вперше з’явився в період інтенсивного формування науки сучасного типу — на межі XVІII–XIX ст. Його запровадили майже одночасно, незалежно один від одного четверо вчених: у 1797 р. — Т. Роозе, у 1800 р. —

К. Бурдаха та у 1802 р. — Ж. Б. Ламарк і Г. Р. Тревіранус. (Спробуйте пояснити, як це могло статися. )

Сучасний погляд на теорію еволюції пов’язаний з ім’ям Чарлза Дарвіна (мал. 26 ) (1809–1882), його теорією природного добору, яку він виклав в опубліко+ ваній у 1859 р. праці «Походження видів шляхом природного добору». За Дарвіном, еволюція відбувається внаслідок взаємодії трьох основних біологічних факторів: мінливості, спадковості та природного добору. Мінливість надає матеріал для еволюційних перетво+ рень, спадковість закріплює ці зміни, зберігаючи їх у потомках, а природний добір залишає лише особин з індивідуальними відмінностями, що сприяють вижи+ ванню організмів. Постійне накопичення нових ознак на певному етапі приводить до утворення нового виду. Саме нові види краще пристосовані до життя, ніж їхні попередники, здатні залишити більшу кількість по+

дарвінізм .

У подальшому еволюційна теорія розвивалася, збага+ чувалася відомостями з інших розділів біології, допов+ нювала їх, створюючи нові еволюційні напрями. Виник+ ли еволюційна морфологія, еволюційна палеонтологія та еволюційна ембріологія (від грец. ембріон — зародок). Засновниками останньої були професор Новоросійського університету в Одесі Ілля Ілліч Мечніков (мал. 27 ) (1845–1916) і академік Петербурзької Академії наук, директор Севастопольської біологічної станції у 1892–1901 рр. Олександр Онуфрійович Ковалевський (1840–1901).

У XX ст. на основі дарвінізму й досягнень інших Е. Геккель біологічних наук виникла синтетична теорія ево; люції , яка об’єднала дарвінізм з досягненнями генетики. У її розвиток вагомий внесок зробив академік Ака+ демії наук України Іван Іванович Шмальгаузен (мал. 28 ) (1884–1963) — засновник і директор Інсти+ туту зоології, що сьогодні носить його ім’я, а також наш співвітчизник академік Національної академії США Феодосій Григорович Добжанський (мал. 29 ) (1900–1975).

Завершальним етапом формування еволюційного вчення стало проникнення ідей дарвінізму в біологічну систематику. Це привело до створення природної системи організмів , якою користуються й досі. На відміну від штучної системи Ліннея, її побудовано за принципом спорідненості організмів: близькі види тварин об’єднано в категорію «рід», близькі роди утворюють категорію «ро+ дина», а близькоспоріднені родини — «ряди». Основою для визначення спорідненості організмів слугують не поодинокі ознаки, а їх комплекси, також особливості індивідуального розвитку організмів і дані еволюційної палеонтології.

Засновником природної системи тварин вважають німецького біолога Ернста Геккеля (мал. 30 ) (1834–1919), який першим побудував філогенетичне (від грец. філе — плем’я, генезис — походження) дерево царства Тварини.

Виникнення генетики й формування молекулярної біології. Пояснити механізми успадкування ознак нама+ галися ще Гіппократ і Аристотель. У подальшому вчені докладали великих зусиль, аби розкрити таємниці спад+

^{Мал. 32.} ковості. Після перевідкриття у 1900 р. одночасно трьома

М. І. Вавилов вченими, незалежно один від одного, законів спадковості, установлених у 1865 р. Грегором Менделем (мал. 31 ) (1822–1884), виникла генетика (від грец. генезис — походження) — наука про мінливість і спадковість ор+ ганізмів. Принципово новим у працях Менделя було твердження про переривчастий характер спадковості, відкриття корпускул (від лат. корпускулюм — частка), одиниць спадковості, які у 1906 р. отримали назву — гени (від грец. генос — рід, походження).

У 20+ті роки XX ст. розпочинаються бурхливі гене+ тичні дослідження, і за кілька десятиліть генетика стає однією з найрозвиненіших біологічних наук, які вико+ ристовували передові експериментальні методи. Такий стрімкий розвиток генетики був зумовлений як потреба+ ми сільського господарства, так і досягненнями інших галузей біології, що були підґрунтям для експеримен+

С. М. Гершензон тального вивчення спадковості. Серед визначних учених+генетиків того часу особливе місце посідає академік Російської академії наук і Національної академії наук України Микола Іванович Вавилов (мал. 32 ) (1887–1943) — видатний організатор селекційної роботи, який виявив центри походження культурних рослин, сформулював ряд теоретичних положень генетики, зок+ рема закон гомологічних рядів у спадковій мінливості, що відіграв важливу роль у розвитку сільськогоспо+ дарських наук.

«В еволюційному розвитку немає хаосу; не дивлячись на різноманітність форм живого, мінливість вкладається у певні закономірності», — стверджував учений.

Успіхи біології XX ст. були б неможливі без викорис+ тання досягнень інших наук, насамперед фізики й хімії. Саме завдяки методам фізики й хімії упродовж деся+ тиліть розкрито численні таємниці генів: встановлено, що гени містяться в хромосомах і є одиницею спадкового ма+ теріалу, який відповідає за формування певної елемен+ тарної ознаки. Далі було вивчено їх структуру і механізм дії. Особливе значення у дослідженнях, що інтенсивно проводилися в 40–50+х рр. XX ст., мали відкриття ака+ деміка НАН України Сергія Михайловича Гершензона (мал. 33 ) (1906–1999), досліди якого стали основою дове+ дення того, що саме ДНК є носієм спадкової інформації.

Важливим відкриттям XX ст. стало розшифрування структури ДНК, яке в середині 50+х років здійснила група англійських учених. Модель структури ДНК побудували Джеймс Вотсон (мал. 34 ) (р. н. 1928) та Френсіс Гаррі Крік (мал. 35 ) (1916–2004). Це відкриття є початком молекулярної біології — науки, яка вивчає структуру й функції біологічних молекул та молекулярні основи спадковості. Сучасні успіхи молекулярної біології вражають. Нині можна вмістити ген бактерій в геном рослини, ген рослини — в геном тварини і навпаки. Такі досліди проводять у межах напряму сучасної науки, який отримав назву генної інженерії .

Виникнення і розвиток екології. Термін екологія (від грец. ойкос — оселя, середовище, логос — вчення) був запроваджений у 1869 р. Е. Геккелем, який окреслив коло питань, пов’язаних із впливом чинників живої й неживої природи на життя організмів. Ця наука первинно виникла виключно для того, щоб розвивати ідеї Дарвіна щодо природного добору.

В екології сформувалися положення, що є актуаль+ ними й сьогодні: 1) тварини і рослини живуть угрупо+ ваннями, яким притаманні власні правила та закони; 2) рослини і тварини утворюють покрив Землі; 3) речо+ вина й енергія на Землі перебувають у стані круго+ обігу. Ключовим моментом становлення екології як науки було формулювання понять екосистема (від грец. ойкос — оселя, середовище, система — об’єднання) і біогеоценоз (від грец. біо — життя, ге — Земля, коїнос — загальний).

Визначним досягненням біології XX ст. стало виник+ нення ідеї про єдність живого на Землі, яка сформувала+ ся у вигляді вчення про біосферу (від грец. біо — життя, сфера — куля) — живу оболонку Землі. Як не дивно, ідею про те, що на зовнішній оболонці Землі міститься «сфера життя», висловив ще Ламарк, а термін «біосфе+ ра» був запроваджений у 1875 р. австрійським геологом Едуардом Зюссом (мал. 36 ) (1831–1914).

Зюсс писав: «...як на Сонці виділяють концентричні оболонки, так, напевно, і на Землі можна відрізнити обо+ лонки, з яких кожна знаходиться у численних зв’язках з іншими... Перша оболонка — атмосфера, друга — гідросфе+ ра і третя — літосфера... Одне здається чужорідним на цьо+ му великому, утвореному зі сфер небесному тілі, а саме — органічне життя. Там воно обмежене певною зоною на поверхні літосфери. Рослини, коріння яких у пошуках їжі проникає у ґрунт і піднімається у повітря, щоб дихати, є гарною ілюстрацією розташування органічного життя... Вона (біосфера) простягається тепер як над сухою, так і над вологою поверхнею». (Пригадайте, в які періоди існування планети біосфера обмежувалась лише водним середо; вищем. )

Особливого значення для розвитку вчення про біосферу набули праці академіка Володимира Іва$ новича Вернадського (мал. 37 ) (1863–1945) — першого президента Академії наук України. Нині екологія являє собою систему наук, що має незаперечне значення для охорони природи.

Мал. 37.

Вернадський стверджував, що важливим етапом ево+

В. І. Вернадський люції біосфери буде її перехід до ноосфери (від лат. ноо — розум) — «сфери розуму» внаслідок розселення людини по усій поверхні планети, перемоги її над іншими біологічни+ ми видами, оволодіння силами природи та контролю над ними, розвитку позапланетних систем зв’язку, створення єдиної інформаційної системи, відкриття нових джерел енергії, залучення людей до наукової діяльності тощо. (Які прогнози науковця вже справдились? )

Ключовим етапом становлення сучасної біології є формування уявлень про еволюційний характер виникнення й розвитку життя на Землі, які з часом збагатились досягненнями генетики та екології.

1. Чому трансформізм є такою самою абстрактною кон$ цепцією, як і креаціонізм?

2. Назвіть наслідки впливу дарвінізму на біологію, зокрема на систематику.

3. Чим пояснюється бурхливий розвиток генетики?

4. З яких трьох найважливіших положень почала формуватися екологія?

5. Назвіть видатних біологів$співвітчизників. У чому полягає їхній внесок у науку?

§4. БІОЛОГІЯ ЯК СИСТЕМА НАУК

Терміни та поняття: гомеостаз, система біологічних наук, дисципліна, геноміка, біоінформатика, біоніка, біоетика.

Біологія та її основні принципи. Біологія — наука про життя в усіх його проявах. Об’єктом досліджень біології є живі істоти та їх взаємодія з навколишнім середовищем.

Біологія вивчає будову, функціонування, ріст, поход+ ження, історичний розвиток і поширення живих організмів на Землі, описує й систематизує їх різноманітність, взаємодію між собою та з навколишнім середовищем.

Людина (мал. 38 ) — істота біологічна, вона підко+ ряється тим самим законам природи, що й інші живі організми. Руйнація середовища існування, яка загро+ жує виснаженням природних ресурсів, дефіцитом прісної води, екологічними негараздами та катастро+ фами, появою нових захворювань, що вимагають сучасних препаратів і методів лікування, робить біологію найважливішої наукою для майбутнього людства. Біологія — обов’язковий предмет шкільної освіти. У світі щорічно виходять мільйони наукових та науково+популярних публікацій, які так чи інакше стосуються біологічних проблем.

Сучасна біологія досліджує такі фундаментальні пи+ тання, як: клітинну будову організмів; еволюційне поход+ ження видів живого на Землі; генну теорію успадкування ознак; стійкість організмів до зовнішніх факторів середо+ вища; забезпеченість організмів енергією — життєвою силою, що підтримує процеси, які відбуваються в організмі.

Сутність цих питань полягає в наступному: zусі живі організми складаються з клітин, а нові клітини утворю+ ються з материнських шляхом поділу; z сучасна різно+ манітність живих організмів сформувалася в процесі історичного розвитку життя на Землі, який називається еволюцією; zспадкова інформація про всі ознаки й влас+

грец. гомеос — однаковий, стасис — нерухомість).

Для підтримки життя організмам необхідна енергія, яку вони одержують із навколишнього середовища: автот+ рофи (рослини, ціанобактерії) — від Сонця, а гетеротрофи (тварини, гриби, більшість бактерій) — поїдаючи інші організми або поглинаючи органічну речовину, що залишилася після смерті цих самих організмів. Процес

Дику орхідею , або зозулинець

блощичний ,

нещодавно можна було зустріти

на околицях Києва

Білі , як і інші гриби , є об’єктом науки мікології, однак вони і зараз привертають увагу ботаніків

засвоєння й перетворення енергії являє собою су+ купність хімічних реакцій, які відбуваються в клітинах.

Біологія як система наук. Із самого початку свого становлення біологія являла собою систему наук . Це пов’язано з тим, що об’єктами біологічних досліджень були як різні види живих істот, так і різні сторони життєдіяльності організмів, якими займалися зовсім різні науковці.

Спочатку біологічні науки групувалися за типами досліджуваних організмів: ботаніка — наука про рослини (мал. 39а і 39б ), зоологія — про тварин, мікробіологія — про мікроорганізми (мал. 40 ). Потім сформувалися науки, об’єктами досліджень яких стали біологічні процеси. У результаті з’являються модельні об’єкти — тварини, рослини або бактерії, — з якими працюють майже всі: плодова мушка — дрозофіла у генетиків, жаба і собака — у фізіологів, кишкова паличка — у мікробіологів.

Людство вдячне тваринам. Проявом такої вдячності стали пам’ятники, споруджені у багатьох країнах світу (мал. 41 ). Найбільше їх встановлено собаці, є кілька жабі й навіть один — дрозофілі.

Найпершою серед біологічних наук, що мала на меті не вивчення конкретного об’єкта, а розв’язок проблеми, мабуть, була систематика — наука про класифікацію живих організмів; будову тіла й органів рослин та тварин вивчають морфологія й анатомія ; будову й особливості життя клітин — цитологія ; функції окремих органів і процеси, що в них відбуваються, — фізіологія ; поведінку тварин — етологія ; взаємозв’язок різних організмів один з одним і середовищем їхнього існування — еко; логія ; закономірності спадковості та мінливості вивчає генетика ; розвиток організму в онтогенезі є предметом біології розвитку ; зародження й історичний розвиток живої природи перебуває в полі зору еволюційної біології .

Більшість біологічних наук складаються з дисциплін (від лат. дисципліна — школа, навчання) — наукових напрямів з вузькою спеціалізацією. Наприклад, за об’єктом досліджень у зоології виділяють теріологію — науку про ссавців, орнітологію — про птахів (мал. 42 ), іхтіологію — про риб (мал. 43 ), ентомологію — про комах (мал. 44 ), протистологію — про найпростіших (мал. 45 ) тощо. У такій сучасній науці, як генетика нара+ ховують десятки напрямів, серед яких найбільш відомі молекулярна генетика , цитогенетика , біохімічна гене; тика , імуногенетика , генетика розвитку , попу; ляційна генетика , медична генетика .

Утворення нових наукових напрямів триває й нині. Нещодавно на стику генетики й молекулярної біології

сформувалася така дисципліна, як геноміка — порів+ няння будови генетичних апаратів різних організмів. Біоінформатика , або обчислювальна біологія , — теж одна з наймолодших біологічних наук, яка використовує комп’ютери для розв’язку певних біологічних завдань. Без неї неможливо обробити інформаційні масиви даних, що накопичуються в сучасній науці.

Біологія та інші науки. Як уже зазначалося, біологія як наука сформувалася тільки завдяки експе+ риментам, у яких використовували методи точних наук:

відбуваються в організмах тварин, і з’ясувати, яким чином живляться рослини. Без математичних методів, що забезпечують кількісний аналіз отриманих результатів, просто не виникла б генетика й не було б зрозуміло, чому діти так схожі на своїх батьків. Адже генетика як наука сформувалася саме завдяки застосуванню статистичних методів.

На межі з точними і природничими науками виник цілий ряд біологічних дисциплін. І це не тільки біо; хімія , яка вивчає хімічні основи живого, але й біофізи; ка , що досліджує фізичні процеси у живих системах різних рівнів, біометрія , яка використовує математич+ ний апарат для статистичного аналізу біологічних да+ Мал. 41.

але й навіть із суспільними. Нещодавно з’явилися науки соціобіологія , що займається проблемою співвідношення біологічного й соціального в угрупованнях живих організмів, та зоопсихологія , яка доводить, що у тварин також є психіка.

Практичні потреби людини формують такі наукові напрями, як агроекологія , біотехнологія , космічна біо; логія , біомедицина , а моральні чинники зумовили ви+ никнення біоетики — органічного поєднання сучасних досягнень біологічних наук та медицини з духовністю. У сучасному суспільстві біоетика стала ознакою цивілізо+ ваності. В Україні останнім часом розпочато роботу в цьому напрямі. Діють Комітети з біоетики при Президіях НАН України та Національної академії медичних наук, розроблено проект Закону про біоетику та біоетичну екс+ пертизу, налагоджено зв’язки з громадськістю, контакти з міжнародними організаціями, що опікуються цією справою, а також з комітетами окремих країн.

Мал. 43.

Коралові риби — це найдивовижніші істоти

Мал. 44.

Бабки не лише найчарівніші істоти серед комах, але й найненажерливіші хижаки

Мал. 45.

Амеба протей — найпростіша за будовою з амеб

Сучасна біологія — це одна з найпотужніших наук сьогодення, що являє собою систему знань і включає сотні дисциплін та напрямів досліджень. Нині розви ток біологічних досліджень є пріоритетом не тільки науки, але й ознакою цивілізованого суспільства.

1. У чому полягають принципи сучасної біології?

2. Чому біологію вважають системою наук?

3. Які наукові напрями виникли в біології останнім часом?

4. Які напрями сучасних досліджень підтверджують інтеграцію біології з суспільними науками?

5. Назвіть біологічні науки та предмет їх дослідження.

6. Побудуйте схему сучасної структури біології.

1. Сформулюйте свою точку зору щодо перспективного розвитку біології. Які її напрями будуть пріоритетними в майбутньому?

2. У якій галузі біології особливу цінність мають знання з філософії?

3. Чи можливе повернення усіх природничих наук до однієї — натурфілософії? Аргументуйте свою відповідь.

4. Як ви вважаєте, якщо у ХХ ст. біологію було визнано одним з лідерів щодо кількості відкриттів та темпів розвитку, чи не втратить вона своїх позицій у XXI ст.?

5. У якому з біологічних напрямів сьогодні найважче зробити відкриття? Чому?

6. Яка біологічна наука має найскладніший об’єкт дослідження?

§5. МЕТОДИ БІОЛОГІЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

Терміни та поняття: наукові методи (описовий, порів$ няльний, експериментальний, історичний, моніторинг, статичні, математичне моделювання), факт, гіпотеза, принцип, закон, теорія, вчення, індукція, дедукція.

Що таке науковий метод. Кожна наука має свою ме+ тодологію — сукупність принципів та ідей, а також спо+ собів отримання нової наукової інформації. Ці прийоми надбання нових знань називаються науковими метода ми (від. грец. методос — шлях дослідження). Основою будь+якого наукового пошуку, джерелом одержання знань є цілеспрямоване спостереження й чітко сплано+ ваний експеримент (від лат. експерементум — дослід).

Спостереження більш властиві біологічним наукам, що вивчають біологічні процеси, які відбуваються у при+ роді. Наприклад, спостереження за міграцією птахів (мал. 46 ), коливаннями чисельності комах, поведінкою ссавців є важливими способами пізнання світу тварин, а

спостереження за фазами цвітіння (мал. 47 ) й іншими сезонними явищами в житті рослин — ключовими методами польової ботаніки.

Експеримент як метод дослідження більш властивий наукам, що розвиваються в лабораторії (мал. 48 ): біо+ хімії, біофізиці, фізіології або генетиці. Фізіологи й біохіміки «у пробірці» вивчають, наприклад, вплив біологічно активних речовин на швидкість метаболізму в окремих клітинах; молекулярні біологи — структуру й функції біологічних макромолекул (білків, ДНК); ге+ нетики й біофізики разом досліджують вплив рент+

в лабораторії відстежують процеси, що відбуваються за таких умов. Відкриті при цьому явища можуть бути надалі використані в прикладних аспектах, наприклад у медицині опромінення застосовують у боротьбі із злоякісними пух+ линами, а в селекції рослин (мал. 49 ) в результаті радіаційного впливу на насіння одержують організми+ мутанти з новими біологічними властивостями. Крім то+ го, експериментальні дослідження дозволяють значно прискорити науковий пошук. Адже чекати в природі комбінацій певних умов можна роками, а в лабораторії є можливість створити їх штучно. Як випробувати новий сорт пшениці на стійкість до посухи чи заморозків? Можна,

звичайно, довго й завзято чекати, коли у природі виникнуть

Весна в степу

подібні умови, тоді як за допомогою фітотрону (мал. 50 ) (від грец. фітон — рослина і тронос — місцеперебування) — спеціальної споруди для вирощування рослин, що моделює певні кліматичні умови, — вже після першого досліду стане зрозуміло, чи здатний новий сорт протистояти згубним чинникам середовища.

Найцікавіші наукові результати одержують при комбінації спостережень і експерименту, зокрема при використанні різних експериментальних підходів до вивчення природних процесів. Адже найпильніші спостереження за природними явищами стосуються лише зовнішнього вияву. Тоді як експериментальні методи дозволяють «зазирнути» усередину організму й навіть клітин, з’ясувати механізми перебігу різних процесів. Наприклад, за зовнішніми ознаками неможливо зро+ зуміти сутність генетичних процесів, що відбуваються у природних угрупованнях, тоді як використання досяг+ нень молекулярної біології дозволяє точно визначити, яким чином розподіляються гени між особинами в тій чи іншій популяції, гібридизувати між собою близькі види, або за допомогою радіобіологічного методу мічених атомів — ізотопів Карбону — визначити, з якою

Cорти тюльпанів — наслідок багаторічної роботи селекціонерів

Фітотрон може бути не меншим за теплицю

швидкістю відбувається метаболізм у клітинах рослин як протягом доби, так і у різні сезони.

Таким чином, біологія — це наука, що базується на знаннях, отриманих дослідним шляхом під час спостере+ женнь об’єктів живого та експериментів з ними, якими можуть бути клітини, організми, сукупність організмів одного чи різних видів. Перш за все в біології вико+ ристовуються такі методи, як описовий і порівняльний . Опис — це відносно простий метод дослідження, коли явище або об’єкт характеризуються за основними якос+ тями та властивостями. При цьому не використовуються методи точних наук або математичні прийоми. Оскільки все пізнається у порівнянні, то й опис найкраще робити відносно відомих явищ або предметів, які виступають у якості еталону. Збір та опис фактів були основними прийомами досліджень у ранній період розвитку біології. Однак цей метод не втратив свого значення і дотепер його широко використовують у ботаніці, зоології, анатомії, систематиці та інших біологічних науках.

Ще у XVIII ст. було запроваджено порівняльний метод , який дозволив шляхом співставлення вивчати подібність і розбіжність організмів та їх частин. На основі цього методу сформувалася систематика, розроблено клітинну та ево+ люційну теорії, сформульовано біогенетичний закон , за; кон подібності зародків , побудовано філогенетичні системи організмів.

Історія біології доводить, що справжніх успіхів у вивченні живого можна досягти тільки тоді, коли опис поступається дослідженням живих об’єктів і процесів, які відбуваються з ними. Особливе значення мають дослідження, контрольовані і керовані людиною. Такий спосіб отримання наукової інформації називається екс периментальним методом дослідження і в біології, як правило, використовується в поєднанні з досягненнями інших природничих наук, перш за все хімії та фізики.

(Пригадайте, що послугувало поштовхом до того, щоб біологія стала самостійною наукою. )

Експериментальний метод — це метод, при якому дослідник вивчає певний ізольований об’єкт або процес і намагається досягнути повторюваності результатів у подібних умовах.

І. П. Павлов (1849–1936) (мал. 51 ) стверджував, що спостереження збирає те, що пропонує природа, дослід бере від природи те, що він хоче. (Наведіть приклади експери; ментів, які увійшли в історію біологічної науки. Які прилади при цьому використовували науковці? )

Особливе місце в біології займають методи дослідження в часі. Історичний метод широко використовується в систе+ матиці та еволюційній теорії, коли за викопними рештка+

ми вимерлих тварин і рослин (мал. 52а і 52б ) визначають спорідненість та походження нині існуючих видів.

Ще один метод, який оперує більш короткими часо+ вими відрізками, — моніторинг (від лат. монітор — той, що нагадує) — постійне спостереження за станом певного біологічного об’єкта, найчастіше за угрупован+ нями організмів. Так, моніторинг видового складу рос+ лин у біосферному заповіднику Асканія+Нова (мал. 54 ) показав, що за останні 75 років тут з’явилося понад сто нових видів, які витісняють види, властиві європейській степовій зоні, що неминуче приведе до зміни екосистем і в цілому змінить природу заповідника.

Ще один тип моніторингу — генетичний — являє собою реєстрацію кількості спадкових порушень і зіставлення темпу їх нарощування в наступних поколіннях порівняно з попередніми. Наприклад, спеціальні дослідження в поло+ гових будинках Києва, проведені після аварії на Чорно+

хідність їх систематизації та класифікації, виявлення певних закономірностей, що проводять за допомогою статистичних методів , які дозволяють розробити правила збору інформації і допомагають аналізувати величезні масиви даних. Особливого значення статистичні методи набули в сучасній науці з розвитком комп’ютерної техніки і створенням нових інформаційних систем. За їх допомогою можна з точністю визначити надійність результатів і висновків дослідження, вірогідність і силу зв’язку між біологічними явищами, а також вплив одиничних або численних факторів на біологічні про+

в’язаний з виникненням гіпотези (від грец. гіпотезіс — припущення), яка обов’язково потребує перевірки. Одним з найпростіших способів є створення копії (моделі) біоло+ гічного явища з подальшим зіставленням процесів, що відбуваються у моделі (від лат. модулюс — міра, зразок), і тими подіями, які за схожістю виникають у природі. За допомогою таких порівнянь можна одержати науково важливі факти, які неможливо дослідити іншим шляхом. Наочним прикладом такої біологічної моделі слід вважати акваріум (мал. 55 ), існування риб у якому багато в чому схоже на їхнє життя у природній водоймі.

У сучасній біології для створення моделі природного явища все частіше замість фізичних об’єктів викорис+ товується математична мова (формули або рівняння) і за допомогою комп’ютерних технологій проводиться

Мал. 54. імітування біологічних процесів, що відбуваються в

дена в основу моделі, адекватна і сформульоване вченим припущення правильне. Якщо такої відповідності не спостерігається, то за характером відхилень між реаль+ ним і гіпотетичним процесами можна виявити додаткові чинники, які не були враховані в первинній гіпотезі.

Однією з перших математичних моделей у біології вважається модель Мальтуса, створена у XVIII ст. Вона описує розмноження особин популяції у вигляді геомет+ ричної прогресії. Проте в природі чисельність не зростає з такою швидкістю, оскільки до статевозрілого стану дожи+ ває дуже незначна частина потомства.

Серед сучасних досліджень заслуговує на увагу спро+

1,5 га із скляним дахом (мал. 56 ), що пропускав 50 % сонячного світла. Всередині 7 блоків: тропічний ліс, океан, пустеля (мал. 57 ), савана, мангровий естуарій (мал. 58 ), пасовища, житлові приміщення. 8 осіб (4 чо+ ловіки і 4 жінки) та 3000 видів рослин і тварин перебува+ ли у герметичній споруді протягом двох років. Однак рівновага швидко була порушена: мікроорганізми і комахи почали розмножуватись, знищувати сільсько+ господарські культури, кисень знизився до 15 %, під склом щоранку утворювався конденсат, який випадав рясним дощем, без вітру (регулярного коливання) дерева ставали крихкими та ламалися. (Як ви вважаєте, про що свідчать результати цього експерименту? )

Розвиток наукових знань. Результатами спостережень чи експериментів є отримання нових фактів (від лат. фак; тум — зроблене) та їх накопичення. Новий фактичний матеріал дає змогу шляхом умовиводів дійти гіпотези , яку необхідно перевірити експериментально. Якщо резуль+ тати підтверджують наукове припущення, подальше на+ копичення фактичного матеріалу дозволяє сформулювати наукові узагальнення, якими можуть бути теорія (від грец. теоріа — дослідження), принцип (від лат. прінці; піум — початок, основа), закон або вчення .

Отже, розвиток наукових знань відбувається таким шляхом: факт — умовивід — гіпотеза — експеримент — теорія (закон).

Цей шлях, властивий природничим наукам, зокрема біології, називається індукцією (від лат. індукціо — наведення) і полягає в накопиченні окремих фактів та їх узагальненні подібно до того, як з окремих ланок утво+ рюється ланцюг. Існує інший шлях пізнання — дедукція (від лат. дедукціо — відведення).

На певному етапі розвитку науки і накопичення фактів формується загальна теорія кожної науки. Так сталося в механіці й фізиці, де виникли теоретична фізика та теоре+ тична механіка. У біології через значну складність вивчен+ ня живих об’єктів, відсутність універсальної теорії життя й унеможливлення цілковитої математизації, теоретична біологія вже понад 40 років перебуває на стадії становлен+ ня. Саме тому дедукція — метод здобуття нових знань, основою якого є логічно пов’язана ланка умовиводів, у біологічній науці ще не посіла належного місця. (Пригадай; те, хто з літературних героїв досконало володів методом дедук; тивного мислення. ) Одним з дедуктивних методів є метод математичного моделювання.

Біологія — це наука, яка має свої ідеї (принци пи), а також методи одержання нових знань. У її розвитку провідну роль відіграють спостереження та експерименти, що базуються на використанні досягнень точних наук (фізики, хімії, математики).

Сучасна біологія ґрунтується на інформаційних технологіях, статистичному аналізі величезних масивів даних і математичному моделюванні. Мал. 58.

Розвиток наукових знань у біології відбувається

Біосфера+2.

таким шляхом: факт — умовивід — гіпотеза — Мангровий експеримент — теорія (закон). естуарій

1. Що таке методологія?

2. Яким біологічним наукам властиве спостереження, а яким — експеримент? Наведіть приклади.

3. Що є джерелом одержання знань у біології?

4. Які наукові методи в біології є основними?

5. Що таке моделювання?

6. Яка гіпотеза називається адекватною?

7. Назвіть складові індуктивного способу пізнання дійсності.

1. Чому біологія — це наука, що базується на фактах, отрима$ них дослідним шляхом?

2. Наведіть приклади випадків успішного застосування методів математичного моделювання не тільки в біології, а й в інших науках (фізиці, астрономії, хімії).

3. Які переваги методу моделювання над експериментом?

4.
Які досягнення в біології були отримані шляхом індукції?

Планування біологічних досліджень

Мета: формувати навички планування біологічних досліджень

²ÍÔÎÐÌÀÖ²ß

Біологічне дослідження — це діяльність, спрямована на всебічне вивчення біологічного об’єкта, процесу або явища, їх структури та зв’язків, а також отриман$ ня і впровадження в практику корисних для людини результатів.

Планування біологічного дослідження — послідовність дій, що дозволяє зібра$ ти необхідний матеріал з проблеми дослідження, проаналізувати його та зробити правильні висновки.

Етапи біологічного дослідження (орієнтовний план):

1. Обґрунтування актуальності теми дослідження.

2. Постановка мети і завдань дослідження.

3. Визначення об’єкта дослідження.

4. Узагальнення наявної наукової інформації з теми дослідження.

5. Висування гіпотез.

6. Вибір методів дослідження.

7. Проведення практичної частини дослідження, реєстрація якісних і кількісних

8. Аналіз та інтерпретація отриманих результатів.

9. Формулювання висновків і визначення практичного значення отриманихХІД РОБОТИ

Складіть план біологічних досліджень, що мають на меті:

1. Виявити ознаки пристосованості у зовнішній будові дощового черв’яка та крота до існування в ґрунті.

2. Встановити значення сім’ядоль та ендосперму для росту і розвитку насіння.

3. Визначити вплив умов середовища на розвиток інфузорій в акваріумі.

4. Дослідити видовий склад рослинності заплави.

Зробіть загальний висновок з роботи.

Використання порівняльно&описового методу у вивченні різноманітності інфузорій та їх руху

Мета: ознайомитися з методикою культивування інфузорій, дослідити різно$ манітність інфузорій на основі вивчення їх морфологічних особливостей, здійснити спостереження за рухом інфузорій

Обладнання, матеріали та об’єкти дослідження: змішана культура живих інфузорій, предметне і покривне скельця, мікроскоп, піпетка, препарувальна голка, вата, фільтрувальний папір, скляна паличка, вода, кілька зерняток рису, замочених у воді протягом кількох діб, розчин оцтової кислоти (ω = 2 %), кристалики кухонної солі

²ÍÔÎÐÌÀÖ²ß

Порівняльно#описовий метод дослідження ґрунтується на результатах анато$ мо$морфологічного аналізу біологічних об’єктів.

Примітка . Виконанню роботи передує приготування змішаної культури інфу$ зорій у поживному середовищі. Для цього у дві скляні банки (0,5 л) покладіть сіно шаром 2 см і долийте дощової або водопровідної води приблизно на третину банки. Накрийте банки склом і помістіть їх у тепле місце так, щоб прямі сонячні промені не потрапляли на вміст банок. Через 3–4 дні долийте в банки по 100 мл води з різноманітних стоячих або слабопроточних водойм (озеро, ставок, стари$ ця тощо), на дні яких є рослинність, що гниє, або стільки само води з акваріума. З водою слід взяти трохи мулу з дна водойми або листочків з акваріума, які гниють. Залиште у місці, що не освітлюється прямими сонячними променями. Через 3–4 дні в кожній посудині перебуватимуть культури інфузорій. Для виконання прак$ тичної роботи слід досліджувати інфузорій у краплі культури, відібраній піпеткою з кожної посудини.

ХІД РОБОТИ

1. Підготуйте мікроскоп до роботи.

2. Виготовте тимчасовий мікропрепарат: на предметне скельце піпеткою помістіть краплину культури інфузорій і накрийте покривним скельцем.

3. Розгляньте інфузорій при малому збільшенні мікроскопа. Для уповільнення руху одноклітинних слід обережно відтягти з$під покривного скельця воду фільтру$ вальним папером.

4. Розгляньте інфузорій при великому збільшенні мікроскопа. Зверніть увагу на форму тіла інфузорій, їх розміри та основні частини, розташування війок, особ$ ливості руху. За визначником ідентифікуйте інфузорій, що зустрічаються в цій культурі, складіть таблицю на основі отриманих відомостей.

5. Проведіть спостереження за рухом інфузорій як реакцією на дію різних чинників. На предметне скельце за допомогою піпетки помістіть 1–2 краплі культури інфу$ зорій, на відстані 1 см від неї — стільки ж чистої води. Препарувальною голкою з’єднайте краплі водяним містком. Чи відбуваються зміни в русі інфузорій? Цією самою голкою до краю культури з найпростішими підсуньте кристалик кухонної солі. Як змінюється напрямок руху інфузорій?

6. До культури інфузорій на предметному скельці нанесіть одну краплю оцтової кислоти і спостерігайте за рухом найпростіших у краплину з чистою водою.

7. Помістіть зернятко рису, що перебувало у воді кілька діб, у краплину з чистою водою. Що спостерігаєте?

8. Проаналізуйте спостережувані особливості руху інфузорій, вкажіть їх причини. Дайте характеристику руху інфузорій, скориставшись наведеним переліком: прямолінійний, коливальний, маятникоподібний, хаотичний, повільне пе$ реміщення, швидке переміщення, колові рухи навколо власної осі, рух поштов$ хами, тупим кінцем уперед, гострим кінцем уперед, у напрямку до подразника, у напрямку від подразника.

9. Зробіть загальний висновок з роботи, в якому зазначте: z значення порівняльно$описового методу у вивченні різноманітності організмів; z чим у проведеному дослідженні обумовлений рух інфузорій; z ознаки живого, які ви спостерігали на прикладі інфузорій.

Інформація до роздумів. Один із засновників молекулярної біології, автор моделі просторової структури ДНК американський генетик Дж. Вотсон закли$ кає вчених приділяти увагу не лише аспектам дослідження, а й проводити просвітницьку роботу, роз’яснювати цінність результатів наукових даних. З 1989 р. він — організатор і керівник проекту «Геном людини», діяльність якого спрямована на розшифрування послідовностей ДНК людини. Вчений вважає, що вивчення будови і різноманітності геномів різних видів живих істот, якою займається окрема наука геноміка, приводить не тільки до появи знань з цього предмета, тобто має не тільки теоретичне значення, але й практичне, оскільки може стати науковою основою для виявлення причин спадкових хвороб. Знан$ ня, отримані при вивченні геному людини, визначать нові напрямки в біотехно$ логії, що зможе сприяти отриманню комерційно привабливих продуктів.

Дж. Вотсон також розробив перелік правил успішного сучасного науковця, куди включив такі пункти: z наукою треба «горіти»; z науковець повинен мати сво$ боду у виборі проблем дослідження та вміти побачити конкретний результат ро$ боти; z бажано працювати у колективі рівних за інтелектуальним рівнем людей, а обговорювати результати досліджень варто лише з видатними науковцями; z зайва (надмірна) ерудованість може завадити під час проведення досліджень; z корисно бути трішки «незнайкою»; z треба докладати максимум зусиль, щоб стати «номером один» у своїй сфері діяльності; z отримати певні результати за$ мало, треба вміти їх презентувати; z конкретна мета не виключає імпровізацію.

Дискусійні питання

1. Ці правила успішного науковця дійсно суттєво відрізняються від загаль$ ноприйнятої думки про те, що успішними вченими стають учні та студенти зі зразковою поведінкою. Чи поділяєте ви погляди Вотсона?

2. Наскільки універсальними є ці правила? Що можна до них ще додати?

Теми доповідей

1. Життєвий і науковий шлях видатного біолога минулих століть. В доповіді бажано розкрити такі питання, як: біографічні відомості; життєва позиція; сфера наукових інтересів; освіта; історичні передумови наукових пошуків; об’єкти досліджень; напрями біологічних досліджень; основні результати наукової роботи, їх оцінка сучасниками; хибні переконання, їх причини і наслідки; розвиток ідей послідовниками; основні наукові праці. Спробуйте визначити основні передумови досягнення вченим успіху в науковій роботі.

2. Значення наукових пошуків для сучасного розвитку цивілізації.

Äæåðåëà ³íôîðìàö³¿³

Інформація до роздумів. Значним був внесок українських вчених у вивчення хімічних і молекулярних основ життя. Серед найвідоміших нау$ ковців цього напряму біологічних досліджень слід, перш за все, згадати ака$ деміків В.І. Вернадського та С. М. Гершензона.

Вернадський Володимир Іванович (1863–1945)

Український і російський геолог, біогеохімік, академік Національної ака$ демії наук України (з 1919) і її перший президент (1919–1921), академік Російської академії наук (з 1912). Один із засновників вчення про біосферу. На$ родився в Петербурзі. Закінчив Петербурзький університет (1885). У 1886–1888 рр. працював у Мінералогічному музеї Петербурзького університе$ ту. З 1890 р. приват$доцент, в 1898–1911 рр. — професор Московського університету. З 1914 р. — директор Геологічного і мінералогічного музею Пе$ тербурзької Академії наук. У 1917–1921 рр. працював в Україні, будучи ака$ деміком$фундатором, брав активну участь у створенні НАН України. Є заснов$ ником Інституту загальної і неорганічної хімії НАН України. У 1922–1939 рр. — директор Радієвого інституту, в 1928–1945 рр. — директор лабораторії геохімічних проблем АН СРСР, завідувач біогеохімічної лабораторії.

Наукові інтереси Вернадського охоплювали широкий спектр проблем. Його вважають засновником геохімії, зокрема біогеохімії. Він провів перші дослідження закономірностей будови і складу земної кори, гідросфери і ат$ мосфери. Вивчав міграцію хімічних елементів у земній корі. Саме Вернадський є творцем теорії провідної ролі живих істот в геохімічних процесах. Його праці визначили головні напрями розвитку сучасної мінералогії.

Незважаючи на те, що за фахом Вернадський був геологом, він — автор багатьох пріоритетних досліджень у біології. Останні 20 років свого життя нау$ ковець присвятив вивченню хімічного складу тварин і рослин. Першим встано$ вив зв’язок між мікроорганізмами і певними геологічними процесами. Саме він дав наукове визначення біосфері, а сукупність організмів біосфери назвав живою речовиною, яка, трансформуючи сонячне випромінювання, залучає неорганічні речовини в кругообіг. Він також є автором низки філософських праць із проблем природознавства, а також з історії науки.

З метою увіковічення пам’яті цього великого вченого в Україні на його честь названо одну з найбільших наукових бібліотек країни, а в Російській ака$ демії наук засновані золота медаль і премія імені В.І. Вернадського.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЖИВОЇ ПРИРОДИ

Гершензон Сергій Михайлович (1906–1998)

Видатний вітчизняний генетик, академік НАНУ (1976). Один із небагатьох вчених$біологів — Герой соціалістичної праці. Народився в Москві. Закінчив Московський університет (1927). В 1931–1935 рр. працював у Москві в Біологічному інституті ім. К.А. Тимірязєва, в 1935–1937 рр. — в Інституті загаль$ ної генетики ім. М.І. Вавилова Російської академії наук. В 1937–1948 рр. — завідувач відділом Інституту зоології ім. І.І. Шмальгаузена, одночасно завідуючи кафедрою генетики і дарвінізму Київського національного університету ім. Тара$ са Шевченка. У 1948–1958 рр. — в період, коли було репресовано багато вче$ них$генетиків, його практично усунули від наукової і викладацької роботи і він дивом залишився живим. У 1963–1968 рр. — заступник директора Інституту мікробіології і вірусології НАНУ, в 1968–1973 рр. — завідувач сектора молекулярної біології і генетики АН УССР. В 1973 р. — перший директор Інституту молекулярної біології і генетики НАНУ.

С.М. Гершензон — видатний еволюціоніст і генетик$експериментатор. Відкрита ним мутагенна дія ДНК, яку він описав у своїй статті (разом із М. Тар$ новським та П. Ситко), вважається першим експериментальним доказом того, що саме ДНК є найважливішою речовиною генетичних процесів. Але, на жаль, Нобелівську премію за це відкриття пізніше отримав інший науковець — Гер$ ман Меллер. Окрім хімічного мутогенезу, Сергій Гершензон виявив феномен «генів, що втекли» та зворотню транскрипцію. Однак Нобелівській комітет не помічав досягнень радянських вчених, оскільки на той час відбувалися гоніння в СРСР на генетику. С. Гершензон є автором пріоритетних досліджень з моле$ кулярної структури вірусів комах. Значну увагу приділяв теоретичним питан$ ням біології, зокрема ідеї еволюційного розвитку живого.

Теми доповідей

1. Український період життя та творчості В.І. Вернадського.

2. Біогеохімія: об’єкт, предмет, завдання, практичне значення результатів на$ укових досліджень.

3. ДНК — головна генетична речовина.

4. Репресії проти генетики і генетиків у Радянському Союзі в 1948–1963 рр.

Äæåðåëà ³íôîðìàö³¿³

Вернадский В. И . Размышления натуралиста: научная мысль как планетар$ ное явление. — М: Наука, 1977. — 191 с.

Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера — М: Наука,1989. — 262 с.

Вернадский В. И. Дневники. 1917 — 1921 гг. — К: Наукова думка, 1994. — 270 с. Вернадський В. І. Вибрані праці. — К: Наукова думка, 2005. — 300 с. Вернадський В. І. : Громадянин, вчений, мислитель. — К.: Наукова думка, 1992. — 93 с.

Гершензон С. М. Основы современной генетики. — 2$е изд. — К.: Наукова думка, 1983. — 558 с.

Гершензон С. М. Тропою генетики. — К.: Наукова думка, 1992. — 176 с.

http: //ru.wikipedia.org

http: //scepsis.ru/library/id_1794.html