Значение практической биологии

Из истории практической биологии

Вся история становления и развития науки биологии показывает, что во все времена практическая (прикладная) часть знаний о живой природе, то есть «практическая биология», играла важную роль в жизни людей и природы. Особенно большое значение биология имеет для сельского, лесного, промыслового хозяйства и медицины.

Уже первоначальное познание растений и животных, как показывает история материальной культуры, было связано с непременным использованием их в быту и хозяйстве человека (для питания, изготовления одежды, врачевания). Сбором пищевых растений, охотой и примитивным рыболовством люди начали заниматься еще в каменном веке.

Переход от сбора растений к примитивным формам их культивирования произошел в обществе людей несколько позже — в конце каменного века в начале эпохи бронзы. Первоначальное культивирование растений, в частности посев хлебных злаков, стало важным этапом в жизни первобытных людей. Последовавшее затем одомашнивание животных и развитие скотоводства обусловили появление плужного земледелия: для вспашки стали использовать прирученный домашний скот, а для обработки почвы -применять примитивные плуги, сделанные из корней и ветвей деревьев. Земледелие и скотоводство способствовали переходу человека к оседлой жизни.

Первые культурные очаги человечества возникли в Передней Азии, Китае, Египте и Индии благодаря примитивному земледелию и скотоводству. Археологические находки в Палестине и Египте свидетельствуют о наличии земледелия на этих территориях в 10-м тысячелетии до н. э. Здесь люди сеяли пшеницу, ячмень, горох, чечевицу, разводили виноград, финиковую пальму и гранатник, маслины и мак, возделывали хлопчатник и лен. Льняные ткани древнего Египта славились своим высоким качеством на протяжении нескольких веков.

Примеры прикладной биологии

Известно, что и в настоящее время все необходимые человеку для питания белки, углеводы, жиры, витамины, а также энергию он получает, главным образом, из культурных растений и от домашних животных. Знание биологических законов генетики и селекции, микробиологии, физиологии позволяло совершенствовать технологию выращивания биологической продукции, создавать более продуктивные сорта растений и породы животных. В итоге многие животные и растения, давно введенные в культуру, полностью изменили свой первоначальный облик, стали высокоустойчивыми к различным заболеваниям и более продуктивными. Например, у кукурузы древних сортов в початках содержалось лишь 45-48 мелких зерен, тогда как в початке современной зубовидной кукурузы содержится около 1000 довольно крупных, плотно расположенных зерен (рис. 5).

Размер и форма початка кукурузы современного сорта в сравнении с початками кукурузы древних сортов
Рис. 5. Размер и форма початка кукурузы современного сорта в сравнении с початками кукурузы древних сортов, которую возделывали ацтеки в Центральной Америке

Интродукция

Благодаря знаниям из области биогеографии и экологии человечество пополняет разнообразие культурных растений и домашних животных новыми видами с помощью интродукции или акклиматизации. Интродукция (от лат. introductio - «введение») - это внедрение отдельных видов растений и животных в новые климатические или биогеоценотические условия. Акклиматизация (от лат. ab - «к», «при» и греч. klima - «климат») означает преднамеренный или случайный перенос особей и видов в какую-либо страну или область с новыми для них, непривычными природными условиями или на территорию, где они ранее обитали, но по каким-то обстоятельствам исчезли, и их приспособление к новой среде обитания. Последнее явление обычно называют реакклиматизацией. Человек часто специально внедряет некоторые виды из дикой природы в культуру. Так произошли культурные растения и домашние животные. Интродукция продолжается и в настоящее время.

Облепиха
Рис. 6. Облепиха

Например, облепиха (Hippiphae) — колючий кустарник с сочными костянковидными плодами, произрастающий по берегам рек и озер в горах Тибета, Тянь-Шаня и Алтая, - около 30 лет назад была введена в культуру (рис. 6). В настоящее время облепиха выращивается на обрабатываемых землях новых для нее регионов, поскольку является ценным лекарственным растением. В любительских садах облепиху высаживают даже в северных районах России, например в Ленинградской области и Карелии. При этом уже созданы ее разные сорта, в том числе и облепиха без колючек.

В последние 25-30 лет активно входит в ягодное садоводство сибирский кустарник жимолость съедобная (Lonicera edulis) с ароматными кисло-сладкими, сочными ягодами, богатыми витаминами. Селекционеры вывели ее многочисленные сорта, различающиеся по вкусу ягод, их форме, по срокам созревания плодов и форме куста. Не так давно в культуру вошло лиановидное растение актинидия китайская (Actinidia chinensis), называемое обычно киви, в диком виде произрастающее в лесах Юго-Восточной Азии. Теперь оно выращивается на Кавказе, в Крыму, в садах Германии и других стран Европы и Америки. В Новой Зеландии существуют крупные плантации киви, плоды которой служат предметом экспорта во многие страны, в том числе и в нашу.
Среди животных в 80-е годы XX века на птицефермах началось активное разведение перепела японского как яйценосной и мясной породы. В качестве декоративной комнатной птицы самцы японского перепела издавна разводились жителями Японии, Китая и Средней Азии. Однако в производственных целях — для получения яиц, а позднее и мяса — перепел стал использоваться лишь с конца XX века.

Биотехнология и генетическая инженерия

В последние годы развитие генетической (генной) инженерии обеспечивает широкие возможности использования живых организмов в производстве необходимых лекарственных средств, например таких, как инсулин, гормон роста, интерферон и пр. Промышленное использование организмов, особенно микроорганизмов, стало особой практической областью биологии, получившей название биотехнология.

Биотехнология, теоретическую основу которой составляет биология, а практическую — генетическая инженерия, является новым и важным направлением в развитии материального производства. Она оказывает влияние на решение глобальных проблем, таких, как производство пищи и лекарств, выявление новых источников энергии, сохранение окружающей среды.

Современная биотехнология характеризуется многообразием направлений практического применения. В народном хозяйстве широко используются методы биологической очистки сточных вод, биологической защиты растений от вредителей и болезней, микробиологического синтеза кормовых добавок (белков, аминокислот) и биологически активных веществ (антибиотиков, ферментов, гормональных препаратов), генетической (использование рекомбинантной ДНК для получения человеческого инсулина — хумулина) и клеточной (выращивание из одной клетки новых форм растений, обладающих полезными признаками и устойчивых к неблагоприятным условиям внешней среды и болезням, например картофеля, садовой земляники, женьшеня и др.) инженерии.

Бионика (от греч. bion - «элемент жизни», «живущий») - это новое направление, основанное на использовании знаний из области биологии в технике для решения инженерных задач и создания более совершенных технических устройств, принципиально новых машин и аппаратов. Бионика занимается изучением аналогий в живой и неживой природе, то есть принципов построения и функционирования различных биосистем или их элементов для последующего применения полученных знаний в народном хозяйстве и коренного усовершенствования технических конструкций. В решении задач бионики вместе с биологами принимают участие физики, химики, математики, кибернетики, архитекторы и инженеры различных специальностей.

Многие животные используют эхо для ориентации в пространстве и для добычи пищи. Например, дятел отыскивает внутри ствола личинки жуков-короедов, ночная сова сипуха добывает пищу в полной темноте, летучие мыши и южноамериканская птица гуахаро, живущие в пещерах, во время ночной охоты издают щелчки и по отраженной звуковой волне определяют окружающие предметы и расстояние до них. Этот способ ориентации живых организмов в пространстве лег в основу создания радаров, с помощью которых определяют местонахождение объекта, направление и скорость его движения.

Дырчатые конструкции известковых скелетов глубоководных морских кишечнополостных животных послужили идеей для создания Эйфелевой башни. Подобных примеров заимствования секретов у природы великое множество (рис. 7).

Дырчатые конструкции в живой природе и в технике
Рис. 7. Дырчатые конструкции в живой природе и в технике

Изучение гидродинамических особенностей водных животных было использовано при проектировании кораблей: обтекаемая форма современных подводных лодок, покрытие их корпусов искусственной «дельфиньей кожей» (ломинфло). Архитекторы в своем творчестве очень часто используют полезные приспособления живых организмов при проектировании формы и расположения опорных элементов в конструируемых объектах. Так, бутон цветка послужил прототипом крупномасштабных строений без опорных крыш — некоторых выставочных павильонов (в Челябинске, Ереване), купола цирка в Казани.

Роль практической биологии в научных обобщениях

Знание свойств некоторых растений и животных с давних пор использовалось в лечебных целях. В далекое прошлое уходят связи биологического знания с медициной. Многие врачи прошлого были одновременно и выдающимися биологами. Среди них — Гиппократ (460-377 до н. э.), Клавдий Гален (129-201), Авиценна (980-1037), Андреас Везалий (1514-1564) и др.

Даже первоначальные сведения о строении человеческого организма служили хорошей основой для развития практической медицины, а накопленные фактические материалы о многообразии растений, животных, бактерий и грибов помогли сформулировать ряд важнейших теоретических положений: о свойствах живых организмов, системе органического мира, его эволюции, структурных уровнях сложных биосистем, закономерностях наследования и пр.

Все эти обобщения в виде идей, теорий, выявленных закономерностей, в свою очередь, обогащали практическую часть биологии. Например, появление клеточной теории помогло раскрыть причины многих патологических процессов. Исследования и открытия в области физиологии, микробиологии, иммунологии позволили выявить защитные реакции организма и найти способы предупреждения инфекционных заболеваний. Работы генетиков, посвященные проявлению действия генов у человека, выявили причины наследственных заболеваний. В настоящее время данные цитологии, анатомии, физиологии и биохимии, общей и молекулярной генетики, экологии, микробиологии, вирусологии служат теоретическим фундаментом для диагностики, лечения и профилактики многих болезней, в том числе и некоторых наследственных недугов человека.

Знание биологических закономерностей лежит в основе сохранения и поддержания здоровья человека, и медицина постоянно использует его в своей практике. Материалы, накопленные наукой о клетке и внутриклеточных процессах, произвели многочисленные обновления в практической медицине. Теперь многие заболевания вылечиваются лекарственными средствами, действующими на организм больного на внутриклеточном, клеточном и тканевом уровнях.

Развитие биологических знаний, произошедшее в XX веке, их возросшая практическая роль в жизни общества свидетельствуют, что биология становится реальной производительной силой и основой рациональных отношений между человеком и природой. Знания биологии являются условием существования и устойчивого развития человечества и всей природы в целом.

Человечество уже вошло в XXI век. В нем биология будет развиваться особенно активно в направлении расширения прикладных разработок, внедрения фундаментальных достижений биологической науки в практику с целью обеспечения устойчивого развития природы и общества, осуществления мероприятий по предотвращению природных катаклизмов и сохранению здоровья человека.

Биология: