Открытия в биологии 19 века

Открытия в биологии 19 века

Создание научных обществ

Важным событием для науки стало учреждение в Европе академий или обществ; они состояли из небольших групп мужчин, которые собирались для обсуждения вопросов, представляющих взаимный интерес. Хотя некоторые из групп пользовались финансовым покровительством князей и других богатых членов общества, их интерес к науке был единственной поддерживающей силой. Академии также обеспечивали свободу слова, что вместе со стимулом к ​​обмену идеями в значительной степени способствовало развитию научной мысли. Одной из первых таких организаций была итальянская Accademia dei Lincei (Академия рыси глаз), основанная в Риме около 1603 года. Галилео Галилей создал микроскоп для общества; другой ее член, энтомолог Йоханнес Фабер, дал инструменту название. Другие академии в Европе включали Французскую академию наук (основанную в 1666 году), Немецкую академию в Лейпциге и ряд небольших академий в Англии, которые в 1662 году были включены в соответствии с королевской хартией как Лондонское королевское общество, организация, которая должна была имеют значительное влияние на научные разработки в Англии.

Помимо форума для обсуждения научных вопросов, еще одним важным аспектом этих обществ были их публикации. До появления книгопечатания не было удобных средств для широкого распространения научных знаний и идей; следовательно, ученые не были хорошо осведомлены о работах других. Чтобы исправить этот недостаток в общении, первые академии инициировали несколько публикаций, первая из которых, Journal des Savants (первоначально Journal des Sçavans), была опубликована в 1665 году во Франции. Три месяца спустя Лондонское Королевское общество создало свои философские труды. Сначала публикация была посвящена обзорам выполненных и незавершенных работ; позже, однако, акцент постепенно сместился на отчеты об оригинальных исследованиях, которые поддерживали высокий уровень научного качества. Постепенно стали появляться специализированные научные журналы, но не прошло, как минимум, столетия.

Развитие таксономических принципов

В 1687 году английский математик, физик и астроном Исаак Ньютон опубликовал свою великую работу «Начала», в которой описал Вселенную как неподвижную, при этом Земля и другие небесные тела движутся гармонично в соответствии с математическими законами. Такой подход систематизации и классификации преобладал в биологии 17 и 18 веков. Одна из причин заключалась в том, что «отцы ботаники» 16-го века довольствовались простым описанием и рисованием растений, собирая огромное и разнообразное число, которое продолжало расти, поскольку исследования зарубежных стран показали, что в каждой стране есть свои собственные местные растения и животные.

Аристотель начал процесс классификации, когда он использовал способ воспроизводства и среду обитания, чтобы различать группы животных. Действительно, слова «род» и «виды» — это переводы греческих геносов и эйдосов, использованных Аристотелем. Швейцарский ботаник Баухин ввел биномиальную систему классификации, используя родовое имя и конкретное имя. Однако большинство классификационных схем, предложенных до 17 века, были запутанными и неудовлетворительными.

Открытия в биологии 19 века

Использование структуры для классификации организмов

Двумя систематиками 17 и 18 веков были английский естествоиспытатель Джон Рэй и шведский натуралист и исследователь Каролус Линней. Рэй, который учился в Кембридже, особенно интересовался работой древних составителей трав, особенно тех, кто пытался сформулировать некоторые способы классификации. Признавая необходимость системы классификации, которая применялась бы как к растениям, так и к животным, Рэй использовал в своих классификационных схемах чрезвычайно точные описания родов и видов. Основывая свою систему на структурах, таких как расположение пальцев и зубов у животных, а не на цвете или среде обитания, Рэй ввел новую и очень важную концепцию в таксономическую биологию.

Реорганизация групп организмов

До Линнея большинство систематиков начинали свои системы классификации с разделения всех известных организмов на большие группы, а затем их подразделения на все более мелкие группы. В отличие от своих предшественников, Линней начал с видов, организовав их в более крупные группы или роды, а затем организовав аналогичные роды для образования семейств и родственные семейства для образования порядков и классов. Вероятно, используя более ранние работы Грю и других, Линней выбрал структуру репродуктивных органов цветка в качестве основы для группировки высших растений. Таким образом, он различал растения с настоящими цветками и семенами (фанерогамы) и растения без настоящих цветов и семян (криптогамы), разделив первые на гермафродитные (бисексуальные) и однополые формы. Что касается животных, следуя работе Рея, Линней полагался на зубы и пальцы ног как на основные характеристики млекопитающих; он использовал форму клюва как основу для классификации птиц. Продемонстрировав, что биномиальная система классификации, основанная на кратких и точных описаниях, может использоваться для группировки организмов, Линней учредил таксономическую биологию как дисциплину.

Более поздние разработки в области классификации были инициированы французскими биологами графом де Бюффоном, Жан-Батистом Ламарком и Жоржем Кювье, каждый из которых внес значительный вклад в биологическую науку, особенно в сравнительные исследования. Последующие систематики в основном интересовались взаимоотношениями между животными и пытались объяснить не только их сходства, но и различия в широких терминах, охватывающих, помимо структуры, состава, функции, генетики, эволюции и экологии.

Развитие сравнительных биологических исследований

Как только в 16 веке было развеян позор, связанный с рассечением человеческих тел, анатомы направили свои усилия на лучшее понимание строения человека. При этом они обычно игнорировали других животных, по крайней мере, до второй половины 17 века, когда биологи начали понимать, что важные идеи могут быть получены путем сравнительных исследований всех животных, включая человека. Одним из первых таких анатомов был английский врач Эдвард Тайсон, который подробно изучил анатомию неполовозрелого шимпанзе и сравнил ее с анатомией человека. Проводя дальнейшие сравнения между шимпанзе и другими приматами, Тайсон четко распознал точки сходства между этими животными и людьми. Это было не только важным вкладом в физическую антропологию, но и указанием — почти за два столетия до Дарвина — на существование отношений между людьми и другими приматами.

Среди тех, кто дал сравнительные исследования, их наибольшим стимулом был Жорж Кювье, который использовал большие коллекции биологических образцов, присланных ему со всего мира, для разработки систематической организации животного мира. Помимо установления связи между систематической и сравнительной анатомией, он считал, что существует «соотношение частей», согласно которому данный тип структуры (например, перья) связан с определенным анатомическим образованием (например, крылом), что, в свою очередь, связано с другими специфическими образованиями (например, ключицей) и т. д. Другими словами, он чувствовал, что можно вывести много анатомической информации об организме, даже если весь образец не был доступен. Это открытие должно было иметь большое практическое значение при изучении окаменелостей, в котором Кювье играл ведущую роль. Действительно, публикация Кювье «Recherches sur les ossemens fossiles de quadrupèdes» 1812 года (переведенная в 1835 году как «Исследования ископаемых костей») заложила фундамент науки палеонтологии. Но чтобы примирить свои научные открытия со своими личными религиозными убеждениями, Кювье постулировал серию катастрофических событий, которые могли объяснить как присутствие окаменелостей, так и неизменность существующих видов.

Биологические экспедиции

Хотя многие путешественники XVI и XVII веков предоставили много ценной информации о растениях и животных в Азии, Америке и Африке, большая часть этой информации была собрана любознательными людьми, а не обученными наблюдателями. Однако в XVIII и XIX веках такая информация все больше собиралась в ходе организованных научных экспедиций, обычно под эгидой определенного правительства. Наиболее заметными из этих усилий были рейсы кораблей, известных как HMS Endeavour, HMS Investigator, HMS Beagle и HMS Challenger, спонсируемых английским правительством.

Капитан Джеймс Кук отплыл на «Эндевор» к островам южной части Тихого океана, Новой Зеландии, Новой Гвинее и Австралии в 1768 году; Путешествие предоставило британскому натуралисту и исследователю Джозефу Бэнксу возможность собрать очень обширную коллекцию растений и заметок, которые помогли ему стать ведущим биологом. Другая экспедиция в ту же область в Исследователе в 1801 году включала шотландского ботаника Роберта Брауна, чья работа по растениям Австралии и Новой Зеландии стала классикой; особенно важны были его описания того, как определенные растения адаптируются к различным условиям окружающей среды. Брауну также приписывают открытие ядра клетки и анализ половых процессов у высших растений.

Одной из самых известных биологических экспедиций всех времен была экспедиция «Бигль» (1831–1836 гг.), В которой Чарльз Дарвин был натуралистом. Хотя главным интересом Дарвина в то время была геология, его посещение Галапагосских островов пробудило его интерес к биологии и заставило его задуматься об их любопытной островной жизни животных и о значении изоляции в пространстве и времени для образования видов. Во время плавания на бигле Дарвин собрал образцы и собрал обширные записи о растениях и животных Южной Америки и Австралии, за что получил большое признание по возвращении в Англию.

Путешествие «Челленджера» (см. «Экспедиция Челленджера») с 1872 по 1876 год было организовано Британским Адмиралтейством для изучения океанографии, метеорологии и естествознания. Под руководством шотландского натуралиста Чарльза Вивилла Томсона были собраны обширные коллекции растений и животных, была признана важность планктона (мелких свободно плавающих водных организмов) как источника пищи для более крупных морских организмов, а также появилось много новых видов планктона. обнаружил. Особенно важным аспектом путешествия «Челленджер» был интерес к новой науке — морской биологии.

Несмотря на эти экспедиции, вклад отдельных людей все еще был очень важен. Британский натуралист Альфред Рассел Уоллес, например, проводил исследования Малайского архипелага с 1854 по 1862 год. В 1876 году он опубликовал свою книгу «Географическое распространение животных», в которой он разделил сушу на шесть зоогеографических регионов и описал их характерную фауну. Уоллес также внес вклад в теорию эволюции, опубликовав в 1870 году книгу, выражающую его взгляды, «Вклад в теорию естественного отбора».

Развитие клеточной теории

Хотя микроскописты 17 века сделали подробные описания строения растений и животных, и хотя Гук ввел термин «клетка» для описания компартментов, которые он наблюдал в пробковой ткани, их наблюдениям не хватало теоретического единства. Только в 1838 году немецкий ботаник Матиас Якоб Шлейден, интересующийся анатомией растений, заявил, что «все низшие растения состоят из одной клетки, а высшие — из (многих) отдельных клеток». Когда немецкий физиолог Теодор Шванн, друг Шлейдена, распространил клеточную теорию на животных, он тем самым сблизил ботанику и зоологию. Формирование клеточной теории — все растения и животные состоят из клеток — ознаменовало собой большой концептуальный прогресс в биологии, и это привело к возобновлению внимания к жизненным процессам, протекающим в клетках.

В 1846 году, после того как несколько исследователей описали потоки цитоплазмы в растительных клетках, немецкий ботаник Гуго фон Моль придумал слово «протоплазма» для обозначения живого вещества клетки. Представление о протоплазме как физической основе жизни привело к развитию клеточной физиологии.

Дальнейшим развитием клеточной теории стало развитие клеточной патологии немецким ученым Рудольфом Вирховым, который установил связь между аномальными событиями в организме и необычной клеточной активностью. Работа Вирхова дала новое направление изучению патологии и привела к успехам медицины.

Подробное описание клеточного деления было внесено немецким цитологом растений Эдуардом Страсбургером, который наблюдал за митотическим процессом в растительных клетках и далее продемонстрировал, что ядра возникают только из уже существующих ядер. Параллельная работа с млекопитающими была проведена немецким анатомом Вальтером Флеммингом, который опубликовал свои наиболее важные открытия в Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung («Клеточное вещество, ядро ​​и деление клеток») в 1882 году.

Теория эволюции

По мере накопления знаний о растительных и животных формах в течение 16, 17 и 18 веков некоторые биологи начали размышлять о происхождении этих организмов, хотя преобладала точка зрения, распространенная Линнеем, а именно о неизменности видов. Среди ранних предположений, высказанных в 18 веке, британский врач Эразм Дарвин (дед Чарльза Дарвина) пришел к выводу, что виды происходят от общих предков и что между животными идет борьба за существование. Французский биолог Жан-Батист Ламарк, один из самых выдающихся эволюционистов XVIII века, признал роль изоляции в формировании видов; он также увидел единство в природе и задумал идею эволюционного древа.

Однако полная теория эволюции не была объявлена ​​до публикации в 1859 году книги Чарльза Дарвина «О происхождении видов посредством естественного отбора или о сохранении благоприятных рас в борьбе за жизнь». В своей книге Дарвин утверждал, что все живые существа размножаются так быстро, что, если их не остановить, они вскоре перенаселят мир. Согласно Дарвину, контроль численности населения осуществляется за счет конкуренции за средства к жизни. Следовательно, если какой-либо представитель вида отличается каким-либо образом, что делает его более приспособленным к выживанию, то у него будет преимущество, заключающееся в том, что его потомство, вероятно, сохранится. Работа Дарвина отражает влияние британского экономиста Томаса Роберта Мальтуса, который в 1838 году опубликовал эссе о народонаселении, в котором предупредил, что если люди будут размножаться быстрее, чем их запасы пищи, возникнет конкуренция за существование. На Дарвина также повлиял британский геолог Чарльз Лайель, который понял из своих исследований геологических формаций, что относительный возраст отложений можно оценить с помощью соотношения живых и вымерших моллюсков. Но только после своих путешествий на борту «Бигля» (1831–1836 гг.), Во время которых он наблюдал огромное богатство и разнообразие островной фауны, Дарвин начал развивать свою теорию эволюции. Альфред Рассел Уоллес пришел к выводам, аналогичным выводам Дарвина, после своих исследований растений и животных Малайского архипелага. Небольшая статья, посвященная этой теме, отправленная Уоллесом Дарвину, в конечном итоге привела к публикации собственных теорий Дарвина.

В концептуальном плане теория имела огромное значение, поскольку она учитывала образование новых видов. После последующего открытия хромосомной основы наследования и законов наследственности можно было увидеть, что естественный отбор не предполагает резких альтернатив жизни или смерти, а является результатом дифференциального выживания вариантов. Сегодня универсальный принцип естественного отбора, который является центральной концепцией теории Дарвина, твердо установлен.

Изучение размножения и развития организмов

Вопрос, заданный Аристотелем, заключался в том, сформирован ли эмбрион заранее и, следовательно, увеличивается только в процессе развития, или же он отличается от аморфного начала. На этом вопросе основывались две противоречивые школы мысли: школа преформации утверждала, что яйцо содержит миниатюрную особь, которая развивается во взрослую стадию в надлежащей среде; школа эпигенеза считала, что яйцо изначально недифференцировано и что развитие происходит в виде серии шагов. Среди видных сторонников доктрины преформации, которая широко распространялась до 18 века, были Мальпиги, Сваммердам и Левенгук. В 19 веке, когда критика преформации усилилась, прусский эстонский эмбриолог Карл Эрнст фон Бэр предоставил окончательные доказательства против этой теории. Его открытие яйца млекопитающего и признание образования зародышевых листков, из которых развиваются эмбриональные органы, заложили основы современной эмбриологии.

Процесс оплодотворения

Несмотря на множество ранних описаний сперматозоидов, их существенная роль в оплодотворении не была доказана до 1879 года, когда швейцарский врач и зоолог Герман Фоль наблюдал проникновение сперматозоидов в яйцеклетку. До этого открытия, в период с 1823 по 1830 год, существование полового процесса у цветковых растений было продемонстрировано итальянским астрономом и оптиком Джованни Баттиста Амичи и подтверждено другими. Открытие оплодотворения растений имело большое значение для развития гибридов растений, которые получаются путем перекрестного опыления между различными видами; это также имело большое значение для изучения генетики и эволюции.

Повсеместное распространение и поразительное сходство процесса оплодотворения, независимо от организма, в котором он происходит, побудили многих ведущих исследователей того времени искать основополагающий механизм. Было осознано, что должен существовать какой-то способ уменьшения количества хромосом перед оплодотворением; в противном случае число хромосом будет удваиваться каждый раз, когда сперматозоид сливается с яйцеклеткой. В 1883 году бельгийский эмбриолог и цитолог Эдуард ван Бенеден показал, что яйца и сперма червя Ascaris содержат половину хромосом, обнаруженных в клетках тела. Чтобы объяснить уменьшение вдвое хромосом в половых клетках, процесс, известный как мейоз, в 1887 году немецкий биолог Август Вейсманн предположил, что должно быть два разных типа деления клеток, и к 1900 году детали мейоза были выяснены.

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