Биология 20 века

Подобно тому, как 19 век можно считать веком клеточной биологии, 20 и 21 века характеризовались главным образом развитием молекулярной биологии.

Биология 20 века

Важные концептуальные и технологические разработки

Используя современные методы исследования, такие как дифракция рентгеновских лучей и электронная микроскопия, для изучения уровней клеточной организации, выходящих за рамки видимой в световой микроскоп — ультраструктуры клетки, — были выработаны новые концепции клеточной функции. В результате изучение молекулярной организации клетки оказало огромное влияние на биологию в 20 и 21 веках. Это также привело непосредственно к сближению многих различных научных дисциплин с целью лучшего понимания жизненных процессов.

Также были разработаны такие технологии, как секвенирование ДНК и полимеразная цепная реакция, позволяющие биологам заглядывать в генетические схемы, порождающие организмы. Технологии секвенирования первого поколения появились в 1970-х годах, а несколько десятилетий спустя за ними последовали так называемые технологии секвенирования следующего поколения, которые превосходили по скорости и рентабельности.

Секвенирование следующего поколения предоставило исследователям огромное количество генетических данных, обычно размером в гигабазы ​​(1 гигабаза = 1 000 000 000 пар оснований ДНК). Биоинформатика, которая связала биологические данные с инструментами и методами анализа, хранения и распространения данных, становится все более важной частью биологических исследований, особенно тех, которые связаны с очень большими наборами генетических данных.

В 1970-х годах развитие технологии рекомбинантной ДНК открыло путь к генной инженерии, которая позволила исследователям рекомбинировать нуклеиновые кислоты и, таким образом, изменять генетические коды организмов, придавая им новые способности или устраняя нежелательные черты. За этими разработками последовали достижения в технологиях клонирования, которые привели к появлению в 1996 году овечки Долли, первого клона взрослого млекопитающего. Вместе технология рекомбинантной ДНК и репродуктивное клонирование (метод, используемый для создания клона живых животных) способствовали значительному прогрессу в разработке генетически модифицированных организмов (ГМО).

Такие организмы стали важнейшими компонентами биомедицинских исследований, где генетически модифицированные (ГМ) мыши и другие животные были разработаны для моделирования определенных заболеваний человека, что облегчило изучение новых методов лечения и факторов, вызывающих заболевания. Технология рекомбинантной ДНК сыграла решающую роль в создании ГМ-культур, включая устойчивые к вредителям формы хлопка и устойчивые к гербицидам формы кукурузы (кукурузы) и сои.

В 1990-х и начале 2000-х годов исследователи по всему миру все чаще объединялись в консорциумы и другие совместные группы, чтобы совершить важные подвиги в биологии. Первым крупным успехом этих усилий было секвенирование генома человека, которое было достигнуто в рамках проекта «Геном человека» (HGP). Программа HGP началась в 1990 году при поддержке Министерства энергетики США и Национальных институтов здравоохранения (NIH). Позже исследователи NIH объединили свои усилия с Celera Genomics, частной компанией, и проект был завершен в 2003 году. Вскоре последовали и другие совместные проекты, в том числе Международный проект HapMap, являющийся результатом HGP, и Проект 1000 геномов, основанный на данные из исследования HapMap.

В 20-м и 21-м веках также произошли большие успехи в областях биологии, касающихся экосистем, окружающей среды и сохранения. В 20 веке ученые осознали, что люди так же зависят от природных ресурсов Земли, как и другие животные. Однако люди вносят свой вклад в прогрессирующее разрушение окружающей среды, отчасти из-за роста численности населения и определенных технологических достижений.

Например, спасающие жизнь достижения в медицине позволили людям жить дольше и привели к резкому снижению показателей смертности (в первую очередь в развитых странах), что способствовало резкому увеличению численности населения. Химические загрязнители, внесенные в окружающую среду в результате производственных процессов, пестицидов, автомобильных выбросов и других средств, серьезно угрожают всем формам жизни. Следовательно, биологи стали уделять гораздо больше внимания взаимоотношениям живых существ друг с другом, а также их биотической и абиотической среде.

Растущее значение изменения климата и его воздействия на экосистемы способствовало достижениям в области экологии, а также развитию таких областей, как природоохранная биология и природоохранная генетика. Как и почти во всех других областях биологии, молекулярная биология стала играть важную роль в этих областях, при этом для сбора информации о генетическом разнообразии популяций исчезающих видов использовались такие методы, как секвенирование всего генома, и такие методы, как клонирование и редактирование генома. повышение вероятности воскрешения когда-нибудь вымерших видов (процесс, известный как вымирание). Информация о последовательностях ДНК широкого круга видов также способствовала прогрессу в понимании учеными эволюции и систематики (изучение эволюционных связей и разнообразия жизни).

Биология 20 века

Междисциплинарная работа

К 21 веку в биологических науках появилось много важных категорий и, следовательно, множество специальностей в разных областях. Ботаника, зоология и микробиология изучали типы организмов и их отношения друг с другом. Такие дисциплины давно подразделялись на более специализированные категории — например, ихтиология, изучение рыб и альгология, изучение водорослей. Такие дисциплины, как эмбриология и физиология, которые касались развития и функционирования организма, были дополнительно разделены в зависимости от вида изучаемого организма — например, эмбриология беспозвоночных и физиология млекопитающих. Многие разработки в физиологии и эмбриологии явились результатом исследований в области клеточной биологии, биофизики и биохимии.

Точно так же исследования клеточной физиологии и цитохимии, наряду с ультраструктурными исследованиями, помогли ученым соотнести структуру клетки с функцией. Экология, которая сосредоточена на взаимоотношениях между организмами и окружающей их средой, включает как физические характеристики окружающей среды, так и другие организмы, которые могут конкурировать за пищу и убежище. Акцент на различных средах и определенных особенностях организмов привел к разделению области на ряд специальностей, таких как экология пресных вод, морская экология и экология популяций.

Многие области исследований в биологических науках выходят за рамки, которые традиционно разделяли различные отрасли наук. В биофизике, например, исследователи применяют принципы и методы физики для исследования и поиска решений проблем в биологии. Эволюционные биологи и палеонтологи знакомы с принципами геологии и могут даже тесно сотрудничать с геологами, пытаясь определить возраст биологических останков. Точно так же антропологи и археологи применяют знания о человеческой культуре и обществе к биологическим находкам, чтобы лучше понять человечество. Астробиология возникла в результате деятельности ученых и инженеров, занимающихся исследованием космоса. В результате область биологии получила вклад и внесла свой вклад во многие другие дисциплины, как в гуманитарных, так и в естественных науках.

В течение 20 и 21 веков, по мере того как биология становилась все более взаимосвязанной с другими областями науки, она также стала включать в себя ряд дисциплин. В некоторых из этих дисциплин были признаны несколько уровней организации — например, популяционная биология (изучение популяций живых существ) и организменная биология (изучение всего организма), клеточная биология и молекулярная биология.

Во второй половине 20 века молекулярная биология породила еще больше дисциплин, а появление геномики привело к появлению сложных субдисциплин, таких как геномика развития и функциональная геномика. Генетика продолжала расширяться, давая начало новым областям, таким как генетика сохранения. Однако, несмотря на их разнообразный охват, в 21 веке многие области биологических наук продолжали опираться на общие объединяющие принципы и идеи, особенно те, которые были центральными для таксономии, генетики и эволюции.

Изменение социальных и научных ценностей

В 20 и 21 веках роль биологов в обществе, а также их моральная и этическая ответственность за открытие и развитие новых идей привели к переоценке индивидуальных социальных и научных систем ценностей. Ученые не могут позволить себе игнорировать последствия своих открытий; они не меньше озабочены возможными злоупотреблениями своими выводами, как и фундаментальными исследованиями, в которых они участвуют.

В 20-м веке возникающая социальная и политическая роль биолога и всех других ученых требовала взвешивания ценностей, которое не могло быть выполнено с точностью или объективностью лабораторных весов. Как члены общества, биологам стало необходимо пересмотреть свои социальные обязательства и функции, особенно в сфере вынесения суждений об этических проблемах, таких как человеческий контроль над окружающей средой или манипуляции с генами для направления дальнейшего эволюционного развития.

Как справиться с проблемами будущего

Особое значение в биологических науках имело развитие генной инженерии. В случаях генетических дефектов и болезней генная инженерия открыла возможность исправления дефектов генов для восстановления физиологической функции, потенциально улучшая качество жизни пациентов. Генная терапия, при которой в геном человека вводится нормальный ген, чтобы исправить вызывающую заболевание мутацию, была одним из средств, с помощью которых исследователи могли потенциально достичь этой цели. Однако возможности неправильного использования генной инженерии огромны.

Например, серьезную озабоченность вызывают генетически модифицированные организмы, особенно модифицированные сельскохозяйственные культуры, и их воздействие на здоровье человека и окружающую среду. Появление технологий клонирования, включая перенос ядер соматических клеток, также вызвало обеспокоенность. Декларация о клонировании человека, принятая в 2005 году Организацией Объединенных Наций, призвала государства-члены запретить клонирование людей, хотя оставила открытой возможность терапевтического клонирования.

Точно так же в 2015 году исследователи, которые разработали технологии редактирования генов, которые позволили ученым настраивать генетический состав организма, изменяя определенные основания в его последовательности ДНК, призвали к мораторию на применение этих технологий у людей. Влияние редактирования генов на генетику человека было неизвестно, и не было никаких правил, регулирующих его использование. Действительно, в отсутствие строгого регулирования китайский ученый продвинулся вперед в редактировании генов у людей, заявив в конце 2018 года о рождении первых в мире детей с отредактированными геномами.

Ученый утверждал, что отредактировал человеческие эмбрионы, чтобы отключить ген, который обычно способствует проникновению ВИЧ в клетки; затем эмбрионы были имплантированы женщине и доношены. Между тем, исследователи в Соединенных Штатах попытались использовать редактирование генов для изменения генов в сперме человека, что позволило бы отредактировать гены для передачи последующим поколениям. В частности, исследователи стремились изменить гены, которые увеличивают риск определенных типов рака, с целью снижения риска рака у потомства. Дебаты по поводу редактирования генов возобновили предыдущие дискуссии об этических и социальных последствиях генной инженерии для человека, особенно о ее потенциале для изменения таких черт, как интеллект и внешний вид.

Другие проблемы, с которыми столкнулись биологи, включали поиск способов обуздать загрязнение окружающей среды, не мешая усилиям по улучшению качества жизни человечества. Проблеме загрязнения способствовала проблема избыточного населения. Рост численности населения планеты предъявил повышенные требования к земле, особенно в области производства продуктов питания, и вызвал необходимость активизировать деятельность современной промышленности, отходы которой вносят свой вклад в загрязнение воздуха, воды и почвы.

Чтобы найти решения для глобального потепления, загрязнения и других экологических проблем, биологи работали с социологами и другими членами общества, чтобы определить требования, необходимые для поддержания здоровья и продуктивности планеты. Хотя многие из нынешних и будущих проблем человечества могут казаться по сути социальными, политическими или экономическими по своей природе, они имеют биологические разветвления, которые могут повлиять на само существование самой жизни.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock
detector