Биология кто что открыл
10 важнейших открытий в биологии
Довольно просто забыть, что идеи, которые кажутся очевидными для нас сегодня, веками оттачивались коллективом умных людей, а не появлялись просто так. Тот факт, что мы воспринимаем их как нечто самой собой разумеещееся, всего лишь верхушка айсберга интересной истории. Давайте копнем поглубже.
Осознание того, что животные могут исчезнуть
Джордж Кювье был первым человеком, который задался таким вопросом. В 1796 году он написал статью о слонах, в которой описал африканские и азиатские разновидности. Также он упомянул о третьем типе слонов, известному науке только по его костям. Кювье отметил ключевые отличия в форме челюсти третьего слона и предположил, что этот вид должен быть совершенно отдельным. Ученый назвал его мастодонтом, но где же тогда живые особи?
По мнению Кювье, «все эти факты находятся в соответствии между собой и не противоречат ни одному другому сообщению, поэтому мне кажется возможным доказать существование мира, предшествующего нашему и разрушенному вследствие своего рода катастрофы». Он не остановился только на этой революционной идее. Кювье изучил окаменелости других древних животных — попутно введя термин «птеродактиль» — и выяснил, что некогда рептилии были доминирующим видом.
Первые клетки, выращенные вне тела
В течение нескольких десятилетий продолжались исследования с использованием именно этого метода, но в 1907 кто-то вдруг решил вырастить новые клетки в растворе. Росс Харрисон взял ткани эмбриона лягушки и смог вырастить на их основе новые нервные волокна, которые затем сохранял живыми в течение месяца. Сегодня клеточные образцы можно поддерживать живыми почти бесконечно — ученые до сих пор экспериментируют с клеточными тканями женщины, которая умерла 50 лет назад.
Открытие гомеостаза
Впервые идею гомеостаза выдвинул Клод Бернар, плодовитый ученый середины 19 века, которому не давала спать слава Луи Пастера (хотя они и были друзьями). Бернар добился серьезных успехов в понимании физиологии, несмотря на то что его любовь к вивисекции уничтожила его первый брак — жена взбунтовалась. Но истинная важность гомеостаза — который он называл milleu interieur — была признана спустя десятилетия после смерти Бернара.
В лекции 1887 года Бернар объяснял свою теорию так: «Живое тело, хотя и нуждающееся в окружающей среде, относительно от него независимо. Эта независимость от внешней среды проистекает из того факта, что в живом существе ткани, по сути, отделены от прямых внешних воздействий и защищены истинной внутренней средой, которая состоит, в частности, из жидкостей, циркулирующих в теле».
Ученые, которые опережают свое время, зачастую остаются непризнанными, но другой работы Бернара было достаточно, чтобы укрепить его репутацию. Тем не менее науке понадобилось почти 50 лет, чтобы проверить, подтвердить и оценить его наиболее важную идею. Запись о нем в энциклопедии «Британника» за 1911 год вообще ничего не говорит о гомеостазе. Шестью годами спустя та же статья о Бернаре называет гомеостаз «важнейшим достижением эпохи».
Первое выделение фермента
Первым обнаруженным ферментом была амилаза, которую также называют диастазей, и она находится у вас во рту прямо сейчас. Она разбивает крахмал на сахар и была обнаружена французским промышленным химиком Ансельмом Пайеном в 1833 году. Он выделил фермент, но смесь оказалась не очень чистой. Долгое время биологи полагали, что извлечение чистого фермента может быть невозможным.
Понадобилось почти 100 лет, чтобы американский химик Джеймс Батчлер Самнер доказал их неправоту. В начале 1920-х годах Самнер занялся выделением фермента. Его цели были настолько дерзкими, что фактически стоили ему дружбы со многими ведущими экспертами в этой области, которые думали, что его план провалится. Самнер продолжал и в 1926 году выделил уреазу, фермент, который расщепляет мочевину на химические компоненты. Некоторые из его коллег сомневались в результатах годами, но в итоге и им пришлось сдаться. Работа Самнера принесла ему Нобелевскую премию в 1946 году.
Предположение, что у всей жизни есть общий предок
В 1740 году знаменитый француз Пьер Луи Моро де Мопертюи предположил, что «слепая судьба» произвела широкий круг индивидуумов, из которых выжили только самые способные. В 1790-х Иммануил Кант отмечал, что это могло бы относиться к изначальному предку жизни. Спустя пять лет Эразм Дарвин написал: «Было бы слишком смелым предположить, что все теплокровные животные произошли от одной живой нити?». Его внук Чарльз решил, что нет никакого «слишком» и предположил.
Изобретение окрашивания клеток
Первым человеком, который подкрасил образец для исследования под микроскопом, был Ян Сваммердам, голландский натуралист. Сваммердам больше известен за открытие эритроцитов, но он также сделал себе карьеру, разглядывая все под микроскопом. В 1680-е годы он писал о «цветных ликворах» расчлененных червей, которые «позволяют лучше обозначить внутренние части, ведь они одного цвета».
К сваммердамовому сожалению, этот текст не был опубликован еще по меньшей мере лет 50, а к моменту опубликования Ян был уже мертв. В то же время его земляк и натуралист Антони ван Левенгук независимо от Сваммердама пришел к такой же идее. В 1719 году Левенгук использовал шафран для окрашивания мышечных волокон для дальнейшей экспертизы и считается отцом этой методики. Поскольку оба мужчины пришли к этой идее независимо и все равно сделали себе репутацию пионеров микроскопии, им, наверное, все сложилось весьма удачно для них.
Развитие клеточной теории
Помимо того, что клетка представляет собой основную единицу жизни, клеточная теория также подразумевает, что новые клетки формируются при делении другой клетки на две. Дуроче пропустил эту часть (по его мнению, новые клетки образуются внутри своего родителя). Окончательное понимание того, что клетки делятся для размножения, принадлежит другому французу, Бартелеми Дюмортье, но также были и другие люди, внесшие весомый вклад в развитие идей о клетках (Дарвин, Галилей, Ньютон, Эйнштейн). Клеточная теория создавалась маленькими лептами, примерно так же, как сегодня современная наука.
Секвенирование ДНК
Значение этого прорыва отражается в том, как быстро Нобелевский комитет наградил ученых. В конечном счете метод Сэнгера стал дешевле и проще, стал стандартом на целую четверть века. Сэнгер проложил путь для революций в областях уголовного правосудия, эволюционной биологии, медицина и многих других.
Открытие вирусов
Мартинус Бейеринк первым понял, что не только бактерии виноваты во всем. В 1898 году он взял сок из растений табака, больных так называемой мозаичной болезнью. Затем отфильтровал сок через сито настолько мелкое, что оно должно было отфильтровать все бактерии. Когда Бейеринк помазал соком здоровые растения, они все равно заболели. Он повторил эксперимент — и все равно заболели. Бейеринк пришел к выводу, что есть что-то еще, возможно жидкость, что вызывает проблемы. Заразу он назвал vivum fluidum, или растворимыми живыми бактериями.
Также Бейеринк подобрал старое английское слово «вирус» и наделил им таинственного агента. Открытие того, что вирусы не были жидкими, принадлежит американцу Уэнделлу Стэнли. Он родился спустя шесть лет после открытия Бейеринка и, по-видимому, сразу понял, что нужно делать. За работы по вирусам Стэнли разделил Нобелевскую премию по химии 1946 года. Помните, с кем разделил? Да, с Джеймсом Самнером за работу по ферментам.
Отказ от преформизма
Одним из ключевых сторонников преформизма был Ян Сваммердам, изобретатель техники окрашивания клетки, о котором мы говорили выше. Идея была популярно в течение сотни лет, с середины 17 века и до конца 18.
Альтернативой преформизму был эпигенез, идея о том, что жизнь возникает в серии процессов. Первым человеком, который выдвинул эту теорию на фоне любви к преформизму, был Каспар Фридрих Вольф. В 1759 году он написал статью, в которой описал развитие эмбриона от нескольких слоев клеток до человека. Его работа была крайне спорной на то время, но развитие микроскопов расставило все на свои места. Зародышевый преформизм умер далеко не в зародыше, но умер, простите за каламбур.
Важнейшие открытия в биологии
Важнейшие открытия в биологии
1. Микроорганизмы (1674)
Антон ван Левенгук
C помощью микроскопа, Антон ван Левенгук, случайно обнаруживает микроорганизмы в капле воды. Его наблюдения заложили основу науки бактериологии и микробиологии.
2. Клеточное ядро (1831)
При изучении орхидеи ботаник Роберт Браун описывает структуру внутри клеток, клетку он называет «ядром».
4. Клеточное деление (1879)
Вальтер Флемминг осторожно отмечает, что животные клетки делятся этапами, что составляет процесс митоза. Эдуард Страсбургер самостоятельно определяет аналогичный процесс клеточного деления в клетках растений.
Экономические взаимосвязи изучаются наукой – эконометрикой. Как правило, общие глобальные процесс представляют собой глубоко не линейную систему взаимосвязей. Однако по теории больших чисел возможно прогнозирование тренда на основе анализа основных, определяющих факторов.
Программирование позволяет рассчитывать средние значения процессов: онлайн-калькулятор по статистике позволяет это сделать достаточно быстро.
Август Вейсман определяет, что половые клетки должны быть разделены по-разному, чтобы в итоге получить только половину хромосомного набора. Это особый вид половых клеток называется мейоза. Эксперименты Вейсмана с медузами привели его к выводу, что изменения у потомства возникают в результате объединения вещества от родителей. Он ссылается на это вещество, как «зародышевая плазма».
6. Дифференцировки клеток (конец 19 века)
Некоторые ученые участвуют в открытии клеточной дифференцировки, что в конечном итоге приводит к выделению эмбриональных стволовых клеток человека. В дифференциации клетки превращается в один из многих типов клеток, составляющих организм, например, легкого, кожи или мышцы.
Некоторые гены активируются, а другие инактивируется, так что клетка развивается структурно для выполнения определенной функции. Клетки, которые еще не дифференцированы и имеют потенциал, чтобы стать любым типом клеток, называются стволовыми клетками.
7. Митохондрии (конец 19 века по настоящее время)
Ученые выяснили, что митохондрии являются электростанцией клетки. Эти небольшие структуры в клетках животных отвечают за обмен веществ и преобразования пищи в клетках, в химические вещества, которые можно использовать. Первоначально считалось, что они являются специализированными бактериями со своей ДНК.
8. Цикл Кребса (1937)
9. Нейротрансмиссия (конец 19-начало 20 века)
Уильям Бэйлисс и Эрнест Старлинг дают гормоном свое имя и показывают их роль в качестве химических посредников. Они специально описывают секретин, вещество, которое выбрасывается в кровь из двенадцатиперстной кишки (между желудком и тонкой кишкой), оно стимулирует секрецию желудочного сока поджелудочной железы в кишечник.
11. Фотосинтез (1770)
12. Экосистема (1935)
Артур Джорж Тенсли
Артур Джордж Тенсли вводит термин экосистема. Экосистемы определяются как динамичное и сложное целое, которые действует как экологический блок.
13. Тропическое биоразнообразие (15-го века по настоящее время)
В экспедициях по всему миру, ранние европейские исследователи сообщали о том, что в тропиках находится гораздо большее разнообразие видов. Ответ на вопрос, почему это так, позволяет ученым сегодня, защитить жизнь на Земле.
Учёные- биологи. Таблица
Просмотр содержимого документа
«Учёные- биологи. Таблица»
Ученые-биологи и их вклад в развитие биологии
Открытия, теория, вклад в развитие биологии
Открыл растительную клетку (установил клеточное строение растительных тканей). Ввел термин «клетка»
Антони ван Левенгук
Открыл одноклеточные животные организмы (инфузории)
Открыл клеточное ядро у растений
М. Шлейден и Т. Шванн
Основоположники клеточной теории
Доказал, что клетки образуются путем деления
Установил роль хлорофилла в процессе фотосинтеза
Открыл процесс хемосинтеза (образование органических веществ в результате окисления неорганических соединений), хемосинтезирующим организмам относят некоторые штаммы бактерий
Переоткрыли законы Менделя
Ввел термины: популяция, ген, аллель
Автор хромосомной теории наследственности
Месторасположение гена в хромосоме- локус.
Гены одной хромосомы наследуются сцеплено, если не происходит кроссинговер. Частота кроссинговера прямо пропорциональна расстоянию между генами.
Число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом
Гены расположены в хромосоме линейно)
Ученый-селекционер, создавший разные сорта плодово-ягодных культур (Бельфлёр-китайку и Кандиль-китайку…) используя методы:
Создал капустно-редечный гибрид, преодолев межвидовую нескрещиваемость путем полиплоидии
Открыл 7 центров происхождения культурных растений. Автор закона «Гомологических рядов наследственной изменчивости»
Разработал методы селекции зигот и эмбрионов
Вывел гибрид пшеницы и пырея
Вывел сорт озимой пшеницы Безостая-1
Автор эволюционной теории, определил три движущие эволюции: борьба за существования, наследственная изменчивость (неопределенная), естественный отбор
Основоположник систематики, ввел бинарную номенклатуру для самой мелкой систематической единицы –Вид: (двойное название, напрмер: подорожник большой, белый медведь, уссурийский тигр…), систематика Линнея считалась искусственной, так как была основана только на морфологическом критерии и не устанавливала родственных связей. По своим взглядам являлся креационистом. Автор труда «Философия ботаники». Правильно определил человека и человекообразных обезьян в один отряд- Приматы.
Автор первой эволюционной теории, усовершенствовал линнеевскую систематику, ввел термин «градация». По своим взглядам являлся трансформистом. Разделил животных на позвоночных и беспозвоночных. Автор труда «Философия зоологии»
Автор теории «Строения органических соединений»
Э. Геккель и Ф. Миллер
Авторы биогенетического закона «Онтогенез есть краткое и неполное повторение филогенеза»
Автор закона «Зародышевого сходства»
Ввел понятие «популяционные волны» или «волны жизни», основоположник раздела генетики «Генетика популяции»
Внес большой вклад в изучении стабилизирующего отбора
Основоположник науки «Зоология», придерживался теории Самозарождения веря в наличие «активного начало»
Проводил опыты использую мясо змей в результате, которых подверг сомнениям теорию «Самозарождения»
А.И. Опарин (Д. Холдейн)
Автор теории «Абиогенного синтеза органических веществ», «Биохимической эволюции», «Естественного происхождения жизни на Земле», «Коацерватной теории»
Экспериментально подтвердил три этапа (из 5) теории Опарина, создав в колбе первичный океан
Получил полипептидные полимеры из сухой смеси аминокислот
Автор теории Панспермии
Впервые ввел термин «экология» в науку
Ввел термин «Биосфера»
Автор учения о биосфере (ноосфера-«разумная оболочка»)
Возглавил движение «Невада- Семипалатинск» по закрытию ядерного полигона
Автор теории «Физиология труда» и труда «Рефлексы головного мозга»
Теория об условных рефлексах. Изучал физиологию пищеварительной системы
Открыл нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК)
Определил, что остатки аминокислот в молекуле белка соединены пептидной связью
Ввел термин «биогеоценоз»
Создали пространственную модель ДНК
Открыл вирус табачной мозаики
Открыл двойное оплодотворение у покрытосеменных растений
Открыл триплоидную природу эндосперма (спермий + центральная клетка = эндосперм)
Биология
Как особая наука биология выделилась из естественных наук в XIX веке, когда учёные обнаружили, что живые организмы обладают некоторыми общими для всех характеристиками. Термин «биология» был введён независимо несколькими авторами: Фридрихом Бурдахом в 1800 году, в 1802 году Готфридом Рейнхольдом Тревиранусом [1] и Жаном Батистом Ламарком.
В биологии выделяют следующие уровни организации:
Большинство биологических наук является дисциплинами с более узкой специализацией. Традиционно они группируются по типам исследуемых организмов: ботаника изучает растения, зоология — животных, микробиология — одноклеточные микроорганизмы. Области внутри биологии далее делятся либо по масштабам исследования, либо по применяемым методам: биохимия изучает химические основы жизни, молекулярная биология — сложные взаимодействия между биологическими молекулами, клеточная биология и цитология — основные строительные блоки многоклеточных организмов, клетки, гистология и анатомия — строение тканей и организма из отдельных органов и тканей, физиология — физические и химические функции органов и тканей, этология — поведение живых существ, экология — взаимозависимость различных организмов и их среды.
Передачу наследственной информации изучает генетика. Развитие организма в онтогенезе изучается биологией развития. Зарождение и историческое развитие живой природы — палеобиология и эволюционная биология.
На границах со смежными науками возникают: биомедицина, биофизика (изучение живых объектов физическими методами), биометрия и т. д. В связи с практическими потребностями человека возникают такие направления, как космическая биология, социобиология, физиология труда, бионика.
Содержание
Биологи
Биологические общества
Биологические организации
Традиционно научными исследованиями в области биологии занимаются университеты, хотя не всегда соответствующие факультеты называются биологическими. Например, в Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова кроме биологического факультета имеются также факультет биоинженерии и биоинформатики, факультет фундаментальной медицины и НИИ физико-химической биологии. Кроме университетов научные исследования проводят государственные и частные институты, которые в России преимущественно относятся к системе Российской академии наук (см. список институтов), Российской академии сельскохозяйственных наук или Российской академии медицинских наук.
Биологи
Биологический метод
Биологические науки используют методы наблюдения, моделирования (в т.ч. компьютерного), описания, сравнения, экспериментов (опыта) и исторического сравнения.
История биологии
Биологическая картина мира
Существует пять принципов, объединяющих все биологические дисциплины в единую науку о живой материи [2] :
Клеточная теория
Эволюция
Эволюционная история видов, описывающая их изменения и генеалогические отношения между собой, называется филогенез. Информация о филогенезе накапливается из разных источников, в частности, путём сравнения последовательностей ДНК или ископаемых останков и следов древних организмов. До XIX века считалось, что в определённых условиях жизнь может самозарождаться. Этой концепции противостояли последователи принципа, сформулированного Уильямом Гарвеем: «всё из яйца» («Omne vivum ex ovo», лат.), основополагающего в современной биологии. В частности, это означает, что существует непрерывная линия жизни, соединяющая момент первоначального её возникновения с настоящим временем. Любая группа организмов имеет общее происхождение, если у неё имеется общий предок. Все живые существа на Земле, как ныне живущие, так и вымершие, происходят от общего предка или общей совокупности генов. Общий предок всех живых существ появился на Земле около 3,5 млрд. лет назад. Главным доказательством теории общего предка считается универсальность генетического кода (см. происхождение жизни).
Теория гена
Совокупность генов организма или клетки называется генотипом. Гены хранятся в одной или нескольких хромосомах. Хромосома — длинная цепочка ДНК, на которой может быть множество генов. Если ген активен, то последовательность его ДНК копируется в последовательности РНК посредством транскрипции. Затем рибосома может использовать РНК, чтобы синтезировать последовательность белка, соответствующую коду РНК, в процессе, именуемом трансляция. Белки могут выполнять каталитическую (ферментативную) функцию, транспортную, рецепторную, защитную, структурную, двигательную функции.
Гомеостаз
Гомеостаз — способность открытых систем регулировать свою внутреннюю среду так, чтобы поддерживать её постоянство посредством множества корректирующих воздействий, направляемых регуляторными механизмами. Все живые существа, как многоклеточные, так и одноклеточные, способны поддерживать гомеостаз. На клеточном уровне, например, поддерживается постоянная кислотность внутренней среды (pH). На уровне организма у теплокровных животных поддерживается постоянная температура тела. В ассоциации с термином экосистема под гомеостазом понимают, в частности, поддержание растениями постоянной концентрации атмосферной двуокиси углерода на Земле.
Энергия
Выживание любого организма зависит от постоянного притока энергии. Энергия черпается из веществ, которые служат пищей, и посредством специальных химических реакций используется для построения и поддержания структуры и функций клеток. В этом процессе молекулы пищи используются как для извлечения энергии, так и для синтеза биологических молекул собственного организма.
Первичным источником энергии для 99 % земных существ является световая энергия, главным образом солнечная (для 1 % — хемосинтез). Световая энергия посредством фотосинтеза превращается растениями в химическую (органические молекулы) в присутствии воды и некоторых минералов. Часть полученной энергии затрачивается на наращивание биомассы и поддержание жизни, другая часть теряется в виде тепла и отходов жизнедеятельности. Общие механизмы превращения химической энергии в полезную для поддержания жизни называются дыхание и метаболизм.
Уровни организации жизни
Шесть основных структурных уровней жизни:
Биологические дисциплины
Биологическая литература
Первоисточниками информации по биологии являются научные журналы, списки которых предоставляет ряд учреждений, как российских, так и зарубежных:
Данные первоисточников обобщают авторы обзорных публикаций, которые могут представлять собой как журнальные статьи, так и монографии. На следующем уровне обобщения стоят учебники и справочные пособия.
Биология кто что открыл
Более ста лет после открытия ядра клетки считалось, что на Земле существует два типа форм жизни: бактерии и все остальное. Бактерии считались прокариотами – простейшими одноклеточными организмами, ДНК которых находится не в ядре клетки, а на ее стенках. Все остальные формы жизни считались эукариотами, ДНК клеток находится в самом ядре.
Карл обнаружил форму жизни, способную выжить в любой точке планеты, включая самую агрессивную среду. Некоторые археи живут на гидротермальных выбросах на дне океана, температура здесь меняется каждый сантиметр – от отрицательной до испепеляющих 400 °С. Археи обнаружены в земле на глубине нескольких километров, выживающие в кислотных озерах, где плавятся даже минералы и железо.
Сейчас некоторые биологи полагают, что архея – прародитель современных эукариотов, включая людей.
Сначала об этом написали в «Нью-Йорк Тайм», потом новость подхватили другие газеты, потом рассказали на телевидении. Однажды Карл вышел из дома и сказал себе: «сегодня мир принадлежит мне!».
В сравнении с веком человечества эти открытия произошли недавно: клетки, ядра клетки у животных и растений. Спустя 30 лет или около того мы научились видеть деление клеток.
Его книга вышла в свет в 1881 году, она сыграла огромную роль в истории клеточной биологии, потому что Флеминг смог описать клеточное деление в том виде, в каком оно было приемлемо для современного журнала.
Флеминг детально изучил процесс деления клеток. Он воспользовался новейшим мощным микроскопом и техникой окрашивания. С такими новшествами он сумел определить структуры, которые назвали хромосомами, а позднее были признаны его открытием.
Деление хромосом во время митоза было грандиозным открытием. Ученые, наконец, стали понимать, как одна клетка может превратиться в сложнейший организм, состоящий из множества взаимодействующих клеток.
Примерно в то время, когда Уолтер Флеминг изучал клеточное деление, ученым уже было известно, что оплодотворение происходит за счет объединения разнополых клеток – сперматозоида и яйцеклетки. Чего они не знали – так это почему только эти две клетки могли создавать новую жизнь? Что отличало их?
Первый внятный ответ смог дать бельгийский зоолог Эдвард ван Бенеден в 1883 году. Во время изучения кольчатых червей он обнаружил по 4 хромосомы почти во всех клетках особей. Исключением были клетки, отвечающие за оплодотворение – мужской сперматозоид и женская яйцеклетка, в этих клетках было всего 2 хромосомы. Он заметил, что когда эти две клетки соединяются вместе, получается полноценная клетка с 4 хромосомами. Но почему в этих клетках изначально было вдвое меньше хромосом, все еще оставалось тайной.
Это был «золотой век» биологии: за 200 лет с 19 по 21 век люди поняли, что отличает камень от лягушки. Можно сказать, что люди нашли ответ на старый философский вопрос: что такое жизнь? Может быть он не полностью удовлетворен, но это не надолго.
В конце 19 века биологи знали, что во время формирования эмбриона клетки большинства организмов начинали видоизменяться, они получали особенные инструкции по формированию взрослого организма. Руки, ноги, глаза… Но когда происходило видоизменение?
Итак, клетка оплодотворяется и начинает делиться, но не сразу начинает образовывать, скажем, клетку легкого или клетку ногтя. В этот момент клетки очень гибкие, они имеют возможность превратиться в любую клетку любой части тела. И вдруг что-то происходит! Мы не знаем что это, но с этого момента клетки формируют различные ткани – вот откуда у нас берутся сердце, печень и селезенка.
Возникает вопрос: насколько обратим этот процесс? Насколько бесповоротно эти клетки видоизменились? Если клетка стала печенью – обратного пути нет, однако, ученые смогли показать, что это не так. Если нарушить внутреннюю среду клетки, можно активировать ранее не использовавшиеся гены, это демонстрирует определенную гибкость, такую же, что изначально имеют стволовые клетки. Поэтом если научиться пользоваться этим знанием, можно было бы лечить людей от многих болезней.
Это можно было бы использовать в регенеративной медицине. Было обнаружено, что в клетках есть большой потенциал. К примеру, клетка крови может быть не просто клеткой крови, они сможет добираться до пораженного участка, восстанавливать ткани мышц, мозга и печени – ученые добились этого в нескольких экспериментах.
Эксперимент с генетически модифицированными мышами. Во всех клетках мыши – флуоресцентный протеин. В мышей были введены гены медузы, и теперь их ткани светятся в темноте, особенно это заметно на ушах, в глазах и на хвосте – эти ткани зеленые. Это позволило ввести светящиеся ткани в другую мышь, чтобы увидеть, во что они сформируются. Так отслеживается развитие стволовых клеток.
В 30-х годах прошлого столетия немецкий биолог Ханс Кребс, сын еврейского доктора, бежал из нацистской Германии. К 1937 году он занимался исследованиями в Кембриджском университете и хотел открыть тайну одного важного биологического процесса: как клетки в нашем теле превращают пищу в энергию.
В своих исследованиях Кребс заметил, что молекулы сахара из переваренной пищи проходят через цикл различных химических реакций внутри самой клетки. Этот процесс приводит к образованию богатой энергией молекулы. Эта молекула снабжает нас энергией, участвующей в дальнейшей жизнедеятельности. Этот процесс стал называться цикл Кребса.
Это было великое открытие для биохимии. Цикл Кребса открыл дорогу к пониманию того, как работают клетки внутри человеческого организма.
В середине 19 столетия с помощью мощных микроскопов ученые обнаружили нечто, ранее неизвестное — таинственную структуру, обитающую внутри почти всех типов клеток: у нее было две мембраны и способность менять форму.
В течение последующего столетия разные биологи пытались открыть секрет этого чуда биологии. Эти структуры называлимитохондриями.
Одного из первых ученых, связанных с открытием митохондрий, звали Бриттон Ченс (Britton Chance). Его вклада было создание двулучевого спектра фотометра – инструмента, с помощью которого ученым было легче понять, как функционируют митохондрии. Сегодня он работает профессором биофизики в университете Пенсильвании.
С помощью изобретения Ченса ученые поняли, что митохондрия обеспечивает энергией, которая заставляет клетку работать, а все тело – функционировать. Митохондрии очень эффективно используют состав пищи, которую собирает клетка – это называется феномен дыхательного контроля. Если говорить простым языком, это значит, что можно тренироваться до умопомрачения и потом чуть-чуть отдохнуть, то есть не нужно принимать таблетку или делать укол – тело само восстановится, его митохондрии сами перенаправят недостаток энергии, после этого оно просто уснет. Поэтому в наши дни, когда популярны Олимпийские игры, и спортсмены стремятся к лучшим результатам, это играет немаловажную роль.
В 1952 году Бриттон Ченс выиграл золотую медаль в составе американской команды по гребле.
Открытие компонентов митохондрии, изучение ее в естественной среде — как она работает, насколько важен дыхательный контроль и как он работает – все это сдерживает Ченса от того, чтобы пойти и погулять на улице. Он уделяет больше внимания работе над мозгом и раком, потому что митохондрии имеют отношение и к ним тоже.
В конце 19 столетия одной из наиболее волнующих ученых загадок была как нервные клетки создают нервную систему и сообщаются друг с другом. Они знали, что каждая нервная клетка – нейрон – передает электрические импульсы. Многие полагали, что связь, позволяющая одному нейрону перескакивать к другому – тоже электрическая. Пока не было сделано открытие…
В начале 20 столетия британский биолог Генри Дейл проводил серию экспериментов, изучая психологию нервных импульсов. В одном из них он ввел адреналин в сердце кошки, рассчитывая повысить сердцебиение. Но ничего не произошло.
Тут он понял свою ошибку: он уже вводил другое лекарство этой кошке, оно понижало сердцебиение. Дейл понял, что напал на какой-то след. Раз лекарство может прерывать нервные импульсы, значит, связь между нейронами должна быть химической, а не электрической, как думали раньше.
Леви понял, что первое сердце выделило химикат, который заставил мышцы сердца замедлить сокращения. Это доказало, что передача импульсов от нервных клеток к сердцу была химической. Леви открыл первый нервный химикат, который сейчас называется нейротрансмиттер.
Сегодня мы уже знаем, что в человеческом теле много нейротрансмиттеров, ученые используют это знание для изучения работы мозга и химических сообщений, которые он отправляет. Например, низкий уровень серотонина связан с депрессией, алкоголизмом и нервными расстройствами.
Но следующее открытие показало, что нервная система – не единственный метод коммуникаций в теле человека.
В 1903 году два английских физиолога Уильям Бейлис и Эрнест Старлинг изучали процесс пищеварения. В своих экспериментах они обнаружили, что тело производит желудочный сок, который помогает измельчать пищу, когда она передвигается из желудка в кишку. Но что заставляло этот сок вытекать?
Чтобы это узнать, Бейлис и Старлинг провели эксперимент. Они взяли образец крови у собаки, которая только что поела. Ввели кровь другой собаке, которая еще не ела, и произошло чудо: у второй собаки не было еды в желудке, но выделение желудочного сока из поджелудочной железы началось! Как это произошло?
После сделанного ими открытия было найдено более 50 видов гормонов. Гормоны, вырабатываемые гландами и тканями, передаваемые по кровеносным сосудам по мере необходимости, гормоны, отвечающие за рост тела, метаболизм, сердцебиение и сахар в крови. Они даже помогают женщинам готовиться к рождения: эстроген – один из женских гормонов, подготавливает матку к рождению ребенка, а груди – к кормлению.
В 1771 году химик Джозеф Пристли провел серию экспериментов, сжигая различные субстанции в закрытых склянках и собирая выделенные при этом газы.
Чтобы узнать, какой эффект поврежденный воздух возымеет над живой материей, он засунул в склянку лист мяты на 10 дней. Когда Пристли вернулся к этому листочку, то с удивлением обнаружил, что тот все еще зеленый, и воздух внутри склянки был опять свежим. Пристли предположил, что все дело в листе мяты. Но как?
Этот вопрос так и остался без ответа, пока голландский ученый Ян Ингенхауз не повторил эксперимент Пристли. Используя листья растений, он наблюдал тот же эффект.
Но после нескольких экспериментов он начала понимать, что происходит: лист растения мог очищать воздух только в случае, когда лежал под солнечными лучами. Это был прорыв! Пристли и Ингенхауз открыли миру фотосинтез — биохимический процесс, с помощью которого растения перерабатывали солнечный свет в химическую энергию.
Фотосинтез убирает углекислый газ из атмосферы и создает кислород – газ, от которого зависит жизнь людей. Этот газ Джозеф Пристли откроет три года спустя.
Это открытие не имеет своего открывателя. Многие пытались объяснить эту идею в течение нескольких столетий. Это открытие тропического разнообразия, и сегодня это основа нашего понимания биологического мира и нашей зависимости от него.
Термин «тропическое разнообразие» относится к разнообразию живых существ и их взаимодействию с окружающей средой. Тропические леса – самые богатые по своему разнообразию.
В 15 веке итальянский первооткрыватель Америго Веспуччи побывал в тропиках и написал в своем журнале: «что я могу сказать о многообразии диких животных? Так много видов просто не могло поместиться в Ноев ковчег!».
Сегодня мы продолжаем восхищаться разнообразием тропиков. Предположительно, 50% видов животного мира населяют тропические леса, занимающие около 2% от общей площади планеты.
Но почему открытие тропического разнообразия считается важным? Потом что это не только позволило ученым понять природу и системы, которые здесь работают, но и позволило добывать необычайно полезные в современной жизни ресурсы: начиная от производства еды и индустриальных товаров до создания новых лекарств. Например, многие из лекарств для работы с раком делаются из тропических растений.
Но эта польза дается дорогой ценой. Ученых беспокоит потеря тропического разнообразия высокими темпами: миллионы гектаров земли опустошены, несметное количество животных исчезло. Подсчитано, что с такими темпами вырубки все тропические леса исчезнут к 2030 году. Все это влияет на окружающую среду.
Пыльные бури 30-х годов. После многих лет засухи американский Средний запад превратился в пустыню. В засушливую погоду фермеры продолжали пахать и засаживать землю, надеясь, что питательные вещества в земле появятся снова. Но их попытки только усугубили положение: верхний слой почвы превратился в пыль, а ветер ее раздувал.
Для британского эколога Артура Тенсли пустынные бури были доказательством того, что ученые и простые обыватели слишком узко смотрели на мир. Они не понимали динамику окружающей среды как единого целого, перспективу, объясняющую причину и следствие подобных событий. Он пропагандировал новое понятие под названием экосистема, которое объединяет идеи из разных областей науки.
Почему это было революционной сменой мышления? В то время экологическая работа была сильно связана с описанием природы. Говоря о системе, мы идет дальше, экспериментируем, ищем постоянную структуру различных местностей и разных видов. И тогда можно говорить о том, как можно их проверить. Это ставит экологию на один уровень с физикой, химией, молекулярной биологией. Артур Тенсли использовал слово «система» и применил его к экологическому учению. Он пытался выразить идею того, что экология – это часть иерархии физических систем.
Используя такой подход, можно понять, как восстанавливать экосистемы, манипулируя видами растений или окружающей средой, и как сделать это наименее затратным. Таким образом можно возродить Природу так, чтобы она соответствовала нуждам человека и могла существовать сама по себе под Солнцем.