Методы, уровни и формы биологического познания

Методология представляет собой основание любого научного познания. Методология биологии представляет собой систему принципов и способов организации и построения теоретической и практической деятельности в сфере жизни.

Биология, как и любая другая наука, имеет свой арсенал методов. Помимо применяемого и в других отраслях науки научного метода познания, в биологии широко применяются и такие методы, как исторический, сравнительно-описательный, микроскопирование, мониторинг, дифференциальное центрифугирование и другие.

Научный метод познания включает в себя наблюдение, эксперимент, анализ результатов, формулировку гипотез, моделирование и выведение общих закономерностей. Исторический метод позволяет вновь обрести гипотезы, ранее считавшиеся ложными. Сравнительно-описательный метод базируется на результатах анатомо-морфологического анализа. При микроскопировании используют тонкие срезы объектов, которые изучают с помощью различных типов микроскопов — световых, электронных, рентгеновских и других. Дифференциальное центрифугирование позволяет отделить более крупные частицы от более мелких, особенно при изучении строения клетки.

Прогресс биологического знания тесно связан с достижениями других естественных и точных наук, таких как физика, химия, математика, информатика и др. Биология активно использует их результаты. На стыке наук возник целый ряд новых, таких как биофизика, биохимия, бионика и другие.

Структуру биологии как науки можно рассматривать с точки зрения объектов, свойств, уровней организации живого, основных этапов и биологических парадигм.

По объектам исследования биологию подразделяют на вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию, антропологию.

По свойствам и проявлениям живого существует следующая классификация биологических дисциплин[7]:

- эмбриология — наука, изучающая зародышевое (эмбриональное) развитие организмов;

- физиология — наука о функционировании организмов;

- морфология — наука о строении живых организмов;

- молекулярная биология — наука об образе жизни сообществ растительного и животного мира, их взаимосвязях с окружающей средой;

- генетика — наука о наследственности и изменчивости.

Живая природа представляет собой сложно организованную систему. Различные уровни биосистем следует выделять потому, что каждый из уровней характеризуется свойствами, отсутствующими на нижележащих уровнях. Выявленные в ходе изучения живого масштабы позволяют дать следующую иерархию (структуру) уровней организации живых систем, в которой отражены их сложность и закономерности функционирования:

1. Молекулярный уровень, является наиболее глубинным уровнем организации живого. На молекулярном уровне решаются проблемы генетики, генной инженерии и биотехнологий. Молекулярно-генетический уровень жизни — это уровень функционирования биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов) и других важных органических соединений, лежащих в основе процессов жизнедеятельности организмов. Биологи исследуют роль этих важнейших биологических соединений в росте и развитии организмов, хранении и передаче наследственной информации, обмене веществ и превращении энергии в живых клетках и в других процессах. На этом уровне элементарной структурной единицей является ген, а носителем наследственной информации у всех живых организмов — молекула ДНК.

Важнейшими задачами биологии, изучаемыми на этом уровне являются:

§ Объединение молекул в особые комплексы;

§ Осуществление физико-химических реакций в упорядоченном виде;

§ Изучение механизмов передачи генной информации, наследственности и изменчивости;

§ Исследование эволюционных процессов, происхождения и сущности жизни.

Науки, ведущие исследования на этом уровне:

§ Биохимия;

§ Биофизика;

§ Молекулярная биология;

§ Молекулярная генетика.

2. Клеточный и субклеточный уровни. Преемственность между молекулярным и следующим за ним уровнем (клеточным) обеспечивается тем, что биологические молекулы – это материал, из которого образуются надмолекулярные структуры. Данный уровень изучает особенности функционирования и специализацию клеток, внутриклеточных особенностей. На клеточном уровне организации основной структурной и функциональной единицей всех живых организмов является клетка. Вычленение клеточного уровня было начато еще в XIX в. созданием Т. Шванном клеточной теории. Этот уровень организации живого представлен клетками многоклеточных организмов, а также клетками, действующими в качестве самостоятельных организмов (бактерии, простейшие и другие). На этом уровне так же, как и на молекулярно-генетическом, отмечается однотипность всех живых организмов. У всех организмов только на клеточном уровне возможны биосинтез и реализация наследственной информации. Клеточный уровень у одноклеточных организмов совпадает с организменным.

Основные процессы, изучающиеся на данном уровне:

§ Биосинтез, фотосинтез;

§ Регуляция химических реакций;

§ Деление клеток;

§ Вовлечение химических элементов Земли и энергии Солнца в биосистемы.

Науки, ведущие исследования на этом уровне :

§ Генная инженерия

§ Цитогенетика

§ Цитология

§ Эмбриология

3. Организменный или органо-тканевый уровень представлен одноклеточными и многоклеточными организмами растений, животных, грибов и бактерий. Основной единицей жизни на онтогенетическом уровне выступает отдельная особь, а элементарным явлением является онтогенез. Биологическая особь может быть как одноклеточным, так и многоклеточным организмом, однако в любом случае она представляет собой целостную, самовоспроизводящуюся систему. Основными задачами этого уровня является изучение следующих процессов:

§ Строения, физиологии, функции органов и тканей;

§ Обмен веществ (метаболизм);

§ Раздражимость;

§ Размножение;

§ Онтогенез;

§ Нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности, гомеостаз.

Науки, ведущие исследования на этом уровне:

§ Анатомия;

§ Биология развития;

§ Аутэкология;

§ Генетика;

§ Гигиена;

§ Морфология;

§ Физиология.

4. Популяционно-видовой уровень — это надорганизменный уровень жизни, основной единицей которого является популяция. Популяция — совокупность особей одного вида, относительно изолированных от других групп этого же вида, занимающих определенную территорию, воспроизводящую себя на протяжении длительного времени и обладающую общим генетическим фондом. На этом уровне изучают факторы, влияющие на численность популяций, проблемы сохранения исчезающих видов, изменение генетического состава популяций, действие факторов эволюции и т. д. Элементарной единицей данного уровня является популяция, а элементарным явлением — изменение генотипического состава популяции, которое служит пусковым механизмом видообразования. Популяционно-видовой уровень организации является предметом изучения популяционной биологии.

5. Уровень биогеоценозов — это структурный уровень на котором рассматривается единство флоры и фауны (биоценоза) с населяемой географической областью планеты. Биогеоценоз – это динамическое и устойчивое сообщество растений, животных и микроорганизмов, находящееся в постоянном взаимодействии и непосредственном контакте с компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы. Популяции, представляющие первый надорганизменный уровень живого, являющиеся элементарными единицами эволюции, способными к самостоятельному существованию и трансформации, объединяются в совокупности следующего надорганизменного уровня — биоценозы.

Основные процессы, изучаемые на данном уровне:

§ Биохимический круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие жизнь;

§ Подвижное равновесие между живыми организмами и абиотической средой (гомеостаз);

§ Обеспечение живых организмов условиями обитания и ресурсами (пищей и убежищем).

Подразделы биологической науки, ведущие исследования на этом уровне:

§ Биогеография;

§ Биогеоценология;

§ Экология.

6. Биосферный — наивысший уровень организации жизни, рассматривающий целостность всех живых организмов и окружающей среды, порождающий глобальную экологию планеты. Биосфера — это живое вещество планеты (совокупность всех живых организмов планеты, включая человека) и преобразованная им окружающая среда. На биосферном уровне современная биология решает глобальные проблемы, например определение интенсивности образования свободного кислорода растительным покровом Земли или изменения концентрации углекислого газа в атмосфере, связанные с деятельностью человека.

Основные процессы, изучаемые биологией на биосферном уровне:

§ Активное взаимодействие живого и неживого вещества планеты;

§ Биологический глобальный круговорот веществ и энергии;

§ Активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы, его хозяйственная и этнокультурная деятельность.

Основная стратегия жизни на биосферном уровне – стремление обеспечить динамичную устойчивость биосферы как самой большой экосистемы нашей планеты. Разработка учения о биосфере неразрывно связана с именем выдающегося российского ученого В.И. Вернадского.

Основной наукой, ведущей исследования на данном уровне является экология и, в частности, такие её подразделения как, глобальная экология, космическая экология, социальная экология.

На всех уровнях жизни проявляются такие ее атрибуты, как дискретность и целостность, структурная организация, обмен веществом, энергией и информацией. Существование жизни на более высоких уровнях организации подготавливается и определяется структурой низшего уровня; в частности, характер клеточного уровня определяется молекулярным и субклеточным, организменный — клеточным, тканевым уровнями и т.д.