Предмет и методы изучения биологии

Биология — наука о жизни в самых разных ее проявлениях. Функционирование одноклеточных организмов, поведение самцов и самок в брачный период, закономерности наследования признаков — это и многое другое входит в сферу интересов науки. Предмет изучения биологии и составляют все эти проявления жизни. Методы ее направлены на поиск закономерностей строения, функционирования организмов, их взаимодействия с окружающей средой. По сути, они изучают те свойства, которые отличают живую материю от неживой.

Подразделения

Биология представляет собой совокупность нескольких наук, в центре внимания которых стоят разные объекты:

• зоология;
• ботаника;
• микробиология;
• вирусология.

Каждая из них, в свою очередь, может быть разделена на несколько более мелких. Например, в зоологии сосуществуют ихтиология (изучает рыб), орнитология (изучает птиц), альгология (изучает водоросли) и так далее.

Вариант классификации

Другой принцип деления биологии на составляющие — это свойства и уровни организации живой материи. Согласно ему выделяют:

• молекулярную биологию;
• биохимию;
• цитологию;
• генетику;
• биологию развития;
• анатомию и физиологию различных организмов;
• экологию (часто сегодня рассматривается как отдельная наука);
• эмбриологию;
• теорию эволюции.

Таким образом, предмет изучения биологии остается неизменным — это сама жизнь. Различные ее проявления изучаются отдельными дисциплинами. Существует также общая биология. В центре ее внимания - свойства живой материи, отличающие ее от неживой, а также упорядоченное иерархическое ее строение и взаимосвязь отдельных систем между собой и окружающей средой.

Опыт и теория

Методы изучения биологии в целом аналогичны способам познания в других научных дисциплинах. Они подразделяются на эмпирические (практические, опытные) и теоретические. Практические методы изучения биологии обнаруживают различные параметры, свойства и особенности живых систем. Затем на их основе разрабатываются теории. Процесс этот циклический, поскольку эмпирические методы изучения биологии чаще всего используются на основе уже имеющихся умозаключений. Теории, в свою очередь, всегда требуют дополнительных опытных проверок.

Первичный сбор информации

Один из основных эмпирических методов — это наблюдение. Оно представляет собой изучение внешних признаков объекта и его изменений в условиях естественной среды обитания на протяжении некоторого времени.

Любое исследование живой системы начинается с наблюдения за ней. История изучения биологии прекрасно иллюстрирует это утверждение. На первых этапах развития науки исследователи могли пользоваться только этим эмпирическим методом. Сегодня наблюдение не потеряло своей актуальности. Оно, как и другие методы изучения биологии, пользуются многочисленными технологиями. Для наблюдения применяются бинокли, различные камеры (ночного видения, глубоководные и так далее), разнообразное лабораторное оборудование, например микроскоп, биохимический анализатор и прочие.

По тому, используется ли в процессе оборудование, наблюдение можно разделить на два типа:

• Непосредственное. Оно направлено на изучение поведения и характеристик различных организмов.
• Инструментальное. При помощи различного оборудования проводится исследование особенностей тканей, органов, клеток, анализ химического состава и обмена веществ.

Эксперимент

Как известно, не все явления и процессы, связанные с живыми системами, можно наблюдать непосредственно в их естественной среде. Кроме того, понимание некоторых закономерностей требует определенных условий, которые удобнее создавать искусственно, чем дожидаться их появления в природе. Подобный подход в биологии называется экспериментальным методом. Он предполагает изучение объекта в экстремальных условиях. Исследование организма во время влияния на него высоких или низких температур, большого давления или чрезмерной нагрузки, при помещении его в непривычную среду помогает выявить пределы его выносливости, обнаружить скрытые свойства и возможности. С совершенствованием технологий увеличивается потенциал экспериментальных методов. Данные, получаемые таким путем, становятся все более точными. Создаваемые в процессе опыта условия можно практически до бесконечности варьировать.

Одно из основных применений эксперимента — проверка выдвинутых ранее гипотез. Полученные на основе опыта данные позволяют скорректировать рассматриваемую теорию, подтвердить ее или заложить базу для новой. Экспериментальные методы изучения биологии, примеры которых можно в большом количестве встретить на страницах учебников, способствуют более глубокому проникновению ученых в тайны живой материи. Именно благодаря им современная наука достигла такого прогресса.

Сравнение

Исторический метод позволяет выявить эволюционные преобразования сообществ и видов. Также его называют сравнительным. Анализируется химическое и анатомическое строение, особенности функционирования, наследственный материал организмов разных уровней. В качестве объектов сравнительного метода используются не только живущие сейчас организмы, но и уже вымершие.

Подобный прием стал основным источником данных для Чарльза Дарвина в период формулирования им теории эволюции.

Что вижу, то записываю

С наблюдением тесно связан описательный метод. Он заключается в фиксации замеченных свойств, признаков и особенностей объектов с последующим их анализом. Метод описания считается самым древним в биологии: первоначально, на заре становления науки, именно с его помощью обнаруживались различные закономерности в природе. Зафиксированные данные внимательно анализируются, разделяются на важные и несущественные в рамках конкретной теории. Описанные признаки можно сравнивать, объединять, классифицировать. Только на основе этого метода в биологии были открыты новые классы и виды.

Без математики никуда

Вся информация, собранная на основе описанных методик, требует дальнейшего преобразования. Биология активно использует для этого математический аппарат. Полученные данные переводятся в цифры, на основе которых строится определенная статистика. В биологии невозможно однозначно предсказать то или иное явление. Именно поэтому после анализа сведений выявляется статистическая закономерность. На основе этих данных строится математическая модель, позволяющая спрогнозировать некоторые изменения внутри изучаемой живой системы.

Подобная обработка позволяет структурировать полученную информацию. На основе созданных моделей возможен прогноз состояния системы практически через любой промежуток времени. Благодаря применению достаточно внушительного математического аппарата биология все больше превращается в точную науку.

Синтез

Наряду с проникновением в биологию идей кибернетики (они лежат в основе моделирования), в ней активно начинает использоваться системный подход. Обе эти тенденции оказывают влияние на методы изучения биологии. Схема строения живых структур представляется в виде иерархии систем разного уровня. Каждая более высокая ступень — это взаимосвязанные на основе определенных закономерностей элементы, которые также являются системами, но уровнем ниже.

Такой подход характерен для большого числа дисциплин. Его проникновение в биологию свидетельствует о переходе в науке в целом от анализа к синтезу. Период углубленного изучения внутренних структур отдельных элементов уступает место времени интеграции. Синтез всех полученных в биологии, а часто и в смежных науках, данных приведет к новому пониманию взаимосвязей природных систем. Примером концепций, построенных на основе интеграции, могут быть теория нейро-гуморальной регуляции, синтетическая теория эволюции, современная иммунология и систематика. Появлению каждой из них предшествовало накопление большого количества информации об отдельных структурных единицах, признаках и характеристиках. На следующем этапе собранные данные позволяли выявить закономерности и создать обобщающие концепции.

Тенденция

Синтетические методы изучения биологии свидетельствуют о переходе от эмпирического познания к теоретическому. Первоначальное накопление фактов и данных позволяет выдвинуть некие гипотезы. Затем в большинстве случаев они проходят проверку при помощи экспериментальных методов. Подтвержденные гипотезы переводятся в ранг закономерностей и ложатся в основу теорий. Сформулированные таким образом концепции не являются чем-то абсолютным. Всегда остается шанс, что новые сведения потребуют пересмотреть устоявшиеся взгляды.

Все виды изучения биологии направлены на постижение свойств и особенностей жизни. При этом нельзя выделить какой-то один метод в качестве главного. Современный уровень знаний был достигнут только благодаря одновременному использованию всех названных способов познания окружающего мира. Кроме того, методы изучения человека биология не отличает от приемов сбора и анализа данных о любом другом организме. В этом проявляется их универсальность. Для каждого уровня иерархической организации живых систем применяются одни и те же методы изучения, но в разных комбинациях. Переход к использованию кибернетических и системных методик свидетельствует об интеграции не только внутри биологии, но и во всей науке в целом. Синтез знаний разных дисциплин способствует более глубокому пониманию основных закономерностей мира, в котором мы живем.