Открытия в биологии реферат

Обновлено: 05.07.2024

Важным источником формирования естественно-научных основ психологии явилось эволюционное учение Чарльза Дарвина, обоснование им связи психики животных и человека. Открытие стволовых клеток человека стало одним из трех самых значительных открытий в биологии. Два других - установление структуры молекулы ДНК и расшифровка генома человека. Использование технологии клонирования.

Работа содержит 1 файл

открытия 19.doc

открытия 19-20 вв

1. Ч. Дарвин основатель теории биологической эволюции

Важным источником формирования естественно-научных основ психологии явилось эволюционное учение Чарльза Дарвина (1809-1882). В 1859 г. в свет выходит его книга "Происхождение видов путем естественного отбора", вероятно, самая значительная работа в области биологии вплоть до настоящего времени. В ней Ч. Дарвин устанавливает основные факторы биологической эволюции - изменчивость, наследственность и отбор.

Согласно Ч. Дарвину, исходными факторами биологической эволюции являются индивидуальная, филогенетическая изменчивость и наследование приобретенных в онтогенезе признаков. Однако явления изменчивости и наследственности еще не объясняют в полной мере действительных причин биологической эволюции. Изменчивость сама по себе не несет какой-либо целесообразности, поскольку происходящие изменения могут быть для организма как полезными, так и вредными. Наследственность, в свою очередь, закрепляет и фиксирует лишь то, что доставляет ей изменчивость. Поэтому стояла задача найти реальную движущую силу биологического прогресса. Такой движущей силой, по мнению Дарвина, выступает механизм отбора и борьба за существование. Принцип естественного отбора заключается в том, что из массы живых форм, нарождающихся в геометрической прогрессии, сохраняются только те, которые оказываются наиболее приспособленными к условиям жизни. Следовательно, отбор предполагает сохранность и накопление таких признаков, которые обеспечивают организму выживание и наилучшее существование. Естественный отбор, или сохранение полезных организму признаков, происходит в борьбе за существование. Она представляет собой сложные внутри - и межвидовые отношения организмов. Борьба организмов за жизнь внутри вида, межвидовая борьба и борьба с неблагоприятными условиями природы - вот факторы, заставляющие организм приобретать и удерживать только такие признаки, которые необходимы для приспособления к условиям внешней среды и сохранения жизни. Выяснив факторы биологической эволюции (изменчивость, наследственность и отбор), Ч. Дарвин должен был теперь объяснить причины многообразия видов растений и животных. На основе наблюдений за животными, живущими в естественных условиях жизни, а также, опираясь на опыты по селекции растений и животных, Ч. Дарвин пришел к выводу, что для выживания организму выгоднее всего отличаться, а не быть похожим на другое существо: из прогрессивно размножающихся живых форм остаются только те, которые более всего различаются, а все промежуточные формы обречены на гибель и вымирание. Таким образом, ученым впервые было дано научное обоснование эволюции живых организмов во времени и пространстве.

Психические явления рассматривались Ч. Дарвином как орудие приспособления организма к среде. До Дарвина среда понималась лишь как стимул, который (по типу соударения механических тел) производит в телесной организации эффект, соответствующий ее изначально заданному неизменному устройству. Теперь же среда оказывалась силой, способной не только вызывать, но и видоизменять жизнедеятельность.

Еще один важный вклад Дарвина в психологию состоял в том, что наряду с преемственностью у животных в строении их тела, он открыл такую же преемственность в их психической организации. Тем самым была обоснована связь психики животных и человека. Этим вопросам Ч. Дарвин посвятил две специальные работы: "Выражение эмоций у человека и животных" (1872) и "Происхождение человека и половой отбор" (1871). В названных трудах он показал наличие общих генетических корней в психических способностях человека и животных. Проницательная наблюдательность позволила заявить Ч. Дарвину, что чувства и впечатления, различные эмоции и способности - такие, как любовь, память, внимание, любопытство, подражание, рассудок и т.д., которыми гордится человек, - могут быть найдены в зачатке, а иногда даже в хорошо развитом состоянии у низших животных. Тем самым были заложены основы сравнительной психологии как отрасли психологического знания.

2. Стволовые клетки

Открытие стволовых клеток человека стало одним из трех самых значительных открытий в биологии, сделанных в XX веке. Два других - установление структуры молекулы ДНК и расшифровка генома человека. В биологию термин "стволовая клетка" ввел русский ученый Александр Максимов в 1908 году в Берлине на съезде гематологического общества. Следующей значительной вехой в исследовании этого научного вопроса стало открытие российскими специалистами Александром Фриденштейном и Иосифом Чертковым в 60-70-е годы прошлого века стволовых клеток крови. И по большому счету именно им принадлежит авторство в создании учения о стволовых клетках.

Однако интенсивное развитие этой науки началось с 1998 года, когда американские ученые Д. Томпсон и Д. Герхард выделили эмбриональные стволовые клетки.

Стволовые клетки - это популяция так называемых клеток-предшественников, обладающих высоким пролиферативным (способностью делиться) потенциалом и способностью к дифференцировке - развитию в зрелые, образующие ткани и органы клетки. Проще говоря, стволовые клетки - это та основа, из которой развивается весь организм. Так, зародыш целиком состоит из стволовых клеток, которые начинают постепенно дифференцироваться в клетки будущих органов и тканей.

Таким образом, во взрослом организме стволовых клеток гораздо меньше, чем в новорожденном. А так как они способны преобразовываться в клетки любых органов и тканей, во взрослом организме они выполняют регенеративную функцию. То есть в случае повреждения какого-нибудь органа стволовые клетки направляются к очагу бедствия и превращаются в клетки больного органа, способствуя его восстановлению. Именно это свойство стволовых клеток легло в основу разработки методов их применения в терапевтических целях.

Стволовые клетки делятся на эмбриональные и соматические. Эмбриональные выделяют соответственно из эмбриона на ранней стадии его развития. Соматические стволовые клетки - это клетки взрослого организма, которые присутствуют в основном в костном мозге, а также в периферической крови (крови, циркулирующей в организме) и в небольших количествах во всех органах и тканях. 1

Основные источники клеток- предшественников - фетальный материал (абортный), пуповинная кровь, а также костный мозг и периферическая кровь. Использование фетального материала - один из самых сложных путей, прежде всего по этическим соображениям. Другое дело кровь пуповинная - это едва ли не самый богатый источник стволовых клеток. Однако их последующая пересадка пациентам сопряжена со множеством проблем, главная из которых - совместимость донора.

В настоящее время этот метод официально применяют только для лечения весьма ограниченного числа болезней. Речь идет о трансплантации гемопоэтических (кроветворных) стволовых клеток в терапии онкогематологических и гематологических заболеваний. Другими словами, злокачественных и доброкачественных заболеваний крови.

Сейчас одним из основных показаний к применению стволовых клеток служит состояние больного после лучевой или химиотерапии.

5. Клонирование

Клонирование - это не экзотика. Клон (от греч. klon - ветвь, побег, отпрыск), ряд следующих друг за другом поколений наследственно однородных организмом (или отдельных клеток в культурах), образующихся в результате бесполого или вегетативного размножения от одного общего предка. Примером клона могут быть все сорта плодовых растений - груш, яблонь и др., полученные в результате размножения черенками, отводками, прививками, а также целые растения, выращенные из одной клетки. Однако в результате происходящих в пределах клона мутаций генотипическая однородность его относительна. У вегетативно размножаемых культурных растений (например, картофеля) часто сорта представляют собой отдельные клоны. Таким образом, Вы все в процессе клонирования уже участвовали (при посадке картофеля). Кроме того, первый "клонировщик" - Господь Бог. Вспомните ребро Адама, и что из этого получилось? 2

Клонирование животных, искусственное получение генетически идентичных организмов с помощью экспериментальных манипуляций с яйцеклетками (ооцитами) и ядрами соматических клеток животных in vitro (в стекле, т. е в пробирке) и in vivo (на живом организме), подобно тому, как в природе появляются однояйцовые близнецы. Клонирование животных достигается в результате переноса ядра из дифференцированной клетки в неоплодотворенную яйцеклетку, у которой удалено собственное ядро, с последующей пересадкой реконструированной яйцеклетки в яйцевод приемной матери. 3

В конечном виде проблема клонирования животных была решена группой Яна Вильмута (Wilmut) в 1997, когда родилась овца по имени Долли - первое животное, полученное из ядра взрослой соматической клетки. В дальнейшем были проведены успешные эксперименты по клонированию различных млекопитающих с использованием ядер, взятых из взрослых соматических клеток животных (мышь, коза, свинья, корова).

Клонирование - большая этическая проблема. В большом числе стран использование данной технологии применительно к человеку официально запрещено и преследуется по закону (США, Франция, Германия, Япония), причем во Франции, например, за эксперименты по клонированию человека предусмотрено тюремное заключение сроком до 20 лет.

Интеллект человека клонировать нельзя. Опять возникает проблема тела и "души живой".

Хромосомная теория наследственности. Клеточные структуры, несущие генетический материал. Метеоритная гипотеза вымирания динозавров. Изобретение хроматографии и электрофореза. Происхождение молекулярной биологии. Основание теории биологической эволюции.

Рубрика	Биология и естествознание
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	01.12.2013
Размер файла	34,8 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Важнейшие открытия в биологии ХХ века

В XX веке с переоткрытием законов Менделя начинается бурное развитие генетики. К 1920-м гг. не только формируется хромосомная теория наследственности, но и появляются первые работы, ставящие своей задачей интеграцию нового учения о наследственности и теории эволюции. После Второй мировой войны начинается развитие молекулярной биологии. Во второй половине XX века был достигнут значительный прогресс в изучении жизненных явлений на клеточном и молекулярном уровне.

Схематическое изображение кроссинговера из работы Т.Х. Моргана

Де Фриз пытался соединить новую генетическую теорию с теорией эволюции. Он первым предложил термин мутация для изменений генов. В 1920--1930-х годах появилась популяционная генетика. В работах Фишера, Холдейна и других авторов теория эволюции, в конце концов, объединилась с классической генетикой в синтетической теории эволюции.

В 1980 г. Луис Альварес предложил метеоритную гипотезу вымирания динозавров. Тогда же в начале 1980х годов были статистически исследованы и другие явления массового вымирания в истории земной жизни.

В начале ХХ в. началось исследование витаминов. Улучшение техники лабораторных работ, в частности, изобретение хроматографии и электрофореза стимулировало развитие физиологической химии, и биохимия постепенно отделилась от медицины в самостоятельную дисциплину. В 1920-х--1930-х годах Ханс Кребс, Карл и Герти Кори начали описание основных путей метаболизма углеводов: цикла трикарбоновых кислот, гликолиза, глюконеогенеза. Началось изучение синтеза стероидов и порфиринов. Между 1930ми и 1950ми годами Фриц Липман и другие авторы описали роль аденозинтрифосфата как универсального переносчика биохимической энергии в клетке, а также митохондрий как её главного источника энергии. Эти традиционно биохимические области исследования продолжают развиваться до сих пор.

Происхождение молекулярной биологии

В связи с появлением классической генетики многие биологи, в том числе, работающие в области физико-химической биологии, пытались установить природу гена. Для этой цели Фонд Рокфеллера учредил несколько грантов, а чтобы обозначить задачу, глава научного отдела Фонда Уоррен Уивер ещё в 1938 г. использовал термин молекулярная биология. Он и считается автором наименования этой области биологии.

Как и биохимия, смежные дисциплины бактериология и вирусология (позже объединенные в виде микробиологии) в то время бурно развивались на стыке медицины и других естественных наук. После выделения бактериофага начались исследования вирусов бактерий и их хозяев. Это создало базу для применения стандартизированных методов работы с генетически однородными микроорганизмами, которые давали хорошо воспроизводимые результаты, и позволило заложить основы молекулярной генетики.

Основание теории биологической эволюции

Ч. Дарвин устанавливает основные факторы биологической эволюции - изменчивость, наследственность и отбор.

Открытие стволовых клеток

Один из первооткрывателей структуры ДНК, Джеймс Уотсон, комментируя открытие стволовых клеток, отметил, что устройство стволовой клетки уникально, поскольку под влиянием внешних инструкций она может превратиться в зародыш либо в линию специализированных соматических клеток.

Действительно, стволовые клетки - прародительницы всех без исключения типов клеток в организме. Они способны к самообновлению и, что самое главное, в процессе деления образуют специализированные клетки различных тканей. Таким образом, все клетки нашего организма возникают из стволовых клеток.

Стволовые клетки обновляют и замещают клетки, утраченные в результате каких-либо повреждений во всех органах и тканях. Они призваны восстанавливать и регенерировать организм человека с момента его рождения.

Потребности медицины в таком материале практически неограниченны. Только 10-20 процентов людей вылечиваются благодаря удачной пересадке органа. 70-80 процентов пациентов погибают без лечения на этапе ожидания операции.

Биоинженерия или биологическая инженерия -- направление науки и техники, развивающее применение инженерных принципов в биологии и медицине.

Биоинженерия (включая инженерию биологических систем) -- это применение понятий и методов биологии (и, во вторую очередь, физики, химии, математики и информатики) для решения актуальных проблем связанных с науками о живых организмах и/или их приложениями, с использованием аналитических и синтетических методологий инженерного дела, а также его традиционной чувствительности к стоимости и практичности найденных решений. В этой связи, в то время как традиционное инженерное дело применяет физику и математику для анализа, проектирования и изготовления неживых инструментов, структур и процессов, биологическая инженерия использует, в основном, быстро развивающуюся сферу молекулярной биологии для изучения и развития применения живых организмов.

Сфера деятельности биоинженерии простирается от создания искусственных органов с помощью технических средств или поиска способов выращивания органов и тканей методами регенеративной медицины для компенсации пониженных либо утраченных физиологических функций (биомедицинская инженерия) и до разработки генетически модифицированных организмов, например, сельскохозяйственных растений и животных (генетическая инженерия), а также молекулярного конструирования соединений с заданными свойствами (белковая инженерия, инженерная энзимология).

Особенно важным приложением биоинженерии является анализ и эффективное (в рамках затрат) решение проблем, связанных со здоровьем людей, однако, оно не единственное: биологическая инженерия охватывает намного большую сферу знаний.

Клонирование - это не экзотика. Клон (от греч. klon - ветвь, побег, отпрыск), ряд следующих друг за другом поколений наследственно однородных организмом (или отдельных клеток в культурах), образующихся в результате бесполого или вегетативного размножения от одного общего предка. Примером клона могут быть все сорта плодовых растений - груш, яблонь и др., полученные в результате размножения черенками, отводками, прививками, а также целые растения, выращенные из одной клетки. Однако в результате происходящих в пределах клона мутаций генотипическая однородность его относительна. У вегетативно размножаемых культурных растений (например, картофеля) часто сорта представляют собой отдельные клоны. Клонирование животных, искусственное получение генетически идентичных организмов с помощью экспериментальных манипуляций с яйцеклетками (ооцитами) и ядрами соматических клеток животных in vitro (в стекле, т. е в пробирке) и in vivo (на живом организме), подобно тому, как в природе появляются однояйцовые близнецы. Клонирование животных достигается в результате переноса ядра из дифференцированной клетки в неоплодотворенную яйцеклетку, у которой удалено собственное ядро, с последующей пересадкой реконструированной яйцеклетки в яйцевод приемной матери.

Появление технологии клонирования животных вызвало не только большой научный интерес, но и привлекло внимание крупных компаний и финансового бизнеса во многих странах.

В целом технология клонирования животных еще находится в стадии развития. У большого числа полученных таким образом организмов наблюдаются различные патологии, приводящие к внутриутробной гибели или гибели сразу после рождения. Доля удачных опытов составляет 0,3-0,5%.

Интеллект человека клонировать нельзя. Опять возникает проблема тела и "души живой".

Клонирование должно способствовать изучению проблем развития и старения организмов, лечения рака. В медицине представляется перспективной клеточная терапия на базе использования клонированных клеток. Такие клетки должны компенсировать недостаток и дефект собственных клеток организма и, главное, не будут отторгаться при трансплантации. Технология клонирования животных позволит, по-видимому, осуществлять и широкомасштабную ксенотрансплантацию органов, т.е. замену отдельных органов человека на соответствующие клонированные органы.

Список использованной литературы

наследственность хроматография молекулярный биология

2. Ващекин Н.П. Концепции современного естествознания.

3. Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Исследовательская работа

Предметное направление: биология

Все, что существует на свете,

когда-то было мечтой.

Карл Сэндберг

Сколько безумных идей и открытий помнит история человечества? Сколько еще открытий впереди? История науки помнит многих великих ученых, с чьим именем связаны выдающиеся исследования, начиная с древнейших времен, и по сей день. С самого начала своего развития, человек интересовался окружающим миром, пытался изменить его, в некоторых случаях подстроить под себя. Знания, кажущиеся на сегодняшний день очевидными, когда то были бредовыми идеями безумных ученых. Случайные открытия в биологии и, открытия над которыми работали десятки лет, сегодня широко используются в самых разных областях человеческой деятельности; в медицине, в сельском хозяйстве, в физиологии, в генной инженерии и т.д.

Актуальность вопроса : заключается в том, что бы показать, как происходили открытия в области биологии изменившие мир.

Цель : изучить важнейшие открытия в области биологии изменившие мир

Задачи: 1. ознакомиться с соответствующей литературой 2. рассмотреть открытия ученых 3. проанализировать значение открытий для современности

Объект исследования : биография ученых биологов и их научные открытия

Метод исследования : поисковой

На сегодняшний день очень сложно представить, что каких-то сто лет назад из-за эпидемии пневмонии, тифа, холеры или чумы массово гибли поселения и даже целые города. Не всегда людские потери сопровождались именно распространением болезней, паника, страх и отчаяние перед лицом смерти несли значительные потери человечества. Более того, результаты после традиционного лечения приводили к не самым лучшим последствиям, да и применившиеся методы были не самыми безопасными. Во время войны от инфицирования ран и заражения крови погибали гораздо больше солдат, чем от пуль противника. Даже незначительные раны, при которых не задеты важные органы, приводили к смертям. На тот момент люди и представить не могли, что все эти болезни являются результатом жизнедеятельности не видимых человеческому глазу бактерий.

Поворотным событием в истории медицины и биологии считается открытие пенициллина английским ученым Александром Флемингом. Этот выдающийся и целеустремленный ученый в корне изменил ход развития истории человечества, ведь именно благодаря пенициллину, а в дальнейшем антибиотикам миллионы людей получат шанс на жизнь, увеличится продолжительность жизни, миллионы людей получат качественную помощь в борьбе со многими бактериальными болезнями.

Александр Флеминг родился 6 августа 1881 года в семье шотландского фермера. После окончания средней школы Александр перебрался в столицу Великобритании, где учились и работали его старшие братья. В выборе будущей профессии ему помог его старший брат, который уже имел диплом офтальмолога. В 1901 году Александр поступил в медицинскую школу Святой Марии, где и познакомился со своим наставником Алмортом Райтом. Во время первой мировой войны Александр служил в Королевской медицинской армии, где он изучал последствия от осколков взрывчатых веществ. После окончания войны, он вернулся в госпиталь и продолжил свою исследовательскую деятельность.

Открытие спасшее миллионы жизней было совершенной случайностью. Будучи великим ученым, он был совершенно неряшливым человеком. Что в дальнейшем и сыграло решающую роль в его открытии. В 1928 году сделав посевы стафилококка на питательном агаре, Александр с семьей уехали отдыхать на целый месяц. За этот промежуток времени в одном из чашек размножился плесневой грибок Penicillium notatum занесенный туда случайным образом. Вернувшись, Флеминг обнаружил, что колония стафилококков окруженная плесневым грибком погибла, когда как в других чашках грибок активно размножался. Для того что бы полностью убедиться в своем открытии, ученый намеренно вырастил в колбе с водой плесень и наблюдал за ней. Плесневые грибки, имевшие серо-зеленый цвет постепенно стали черными, а вода, в колбе пожелтела. Как оказалось плесневые грибки выделяют вещества полностью уничтожавшие патогенную микрофлору. Свое изобретение он назвал пенициллином, в честь грибка Penicillium notatum, который стал причиной столь значимого открытия. В дальнейшем исследуя жидкость из под грибка, опытным путем ему удалось доказать, что жидкость убивает только микрофлору при этом не затрагивая ткани организма. Но выделить из жидкости пенициллин и создать химическое соединение ему не удалось, эта задача была ему не под силу, так как он был микробиолог, а не химик. С этой задачей блестяще справились двое английских ученых Говард Уолтер Флори и его коллега Эрнст Борис Чейни. За два года кропотливого труда им удалось вывести пенициллин в виде химического соединения. Официальной датой открытия антибиотика-пенициллина считается 1941 год. Из-за второй мировой войны в Великобритании не удавалось развернуть широкое производство пенициллина. Первое массовое производство было налажено в США в 1943 году. Оттуда пенициллин завозился в Европу и спасал миллионы жизней во время войны. Страшно представить, во сколько раз возросла бы смертность, если бы не изобретение пенициллина.

В 1945 году Александ Флеминг, Уолтери Флори и Эрнст Чейн удостоились Нобелевской премии в области медицины и физиологии за их, поистине, выдающееся открытие.

Но открытие пенициллина не единственная случайность в научных открытиях Флеминга. В 1922 году ученый заболел простудой и не стал использовать марлевую повязку во время работы в лаборатории. Работая над посевами бактерий, он случайно чихнул на чашку и через время обнаружил, что бактерии погибли под воздействием его слюны. Позже он обнаружил, что бактерицидными свойствами обладает не только слюна, но и слезная жидкость. Так совершенно случайно было открыто вещество – лизоцим обладающее бактерицидными свойствами.

Вот так, совершенно случайные открытия изменили мир, спасли миллионы жизней, человечество избавилось от многих страшных болезней, уровень медицины в разы поднялся, и возросла средняя продолжительность жизни. На сегодняшний день ни одно заболевание не обходится без назначения антибиотиков, ученые разрабатывают все новые и новые антибиотики широкого спектра действия, так как бактерия мутируют и приобретают резистентность к препаратам. Сам Александр Флеминг предупреждал о том, что возможно бактерии будут мутировать и приобретать устойчивость к ним. Этому способствуют несколько причин :

1. Бесконтрольное применение антибиотик без назначения лечащего врача.

2. Антибиотики попадают в организм с продуктами питания.

На сегодняшний день эти и многие другие факторы приводят к малой эффективности лечения болезней антибиотиками

До открытия инсулина, сахарный диабет считался смертельным заболеванием, осложнял еще и тот факт, что эффективного лечения против диабета не было. Единственный метод, разработанный доктором Фредериком Алленом, предполагал выделение большого количества сладкой мочи и соблюдение строгой диеты с ограничением потребления углеводов. Даже в этом случае, пациенты лишь могли добавить себе пару лет мучительной жизни, после чего их ждала не менее мучительная гибель. История открытия инсулина сопровождается цепочкой не менее значимых открытий, которые приведут Фредерика Бантинга к своему важному открытию.

На сегодняшний день известно, что поджелудочная железа является железой смешанной секреции и отвечает за выработку желудочного сока, которая по протокам попадает в двенадцатиперстную кишку. Так же поджелудочная железа выделяет инсулин-гормон белковой природы, который регулирует уровень глюкозы в крови. Хотя до конца 19 века поджелудочная железа считалась только пищеварительной железой. Впервые двойственную природу поджелудочной железы смог раскрыть немецкий ученый Пауль Лангергас. Но основная их функция оставалась неизвестной. Лангергасу так и не удалось раскрыть тайну открытых им клеток, 1888 году он скончался. В дальнейшем, эти клетки были названы в честь ученого островками Лангергаса. Дальнейшее исследование поджелудочной железы продолжил Оскар Минковский, который обнаружил, что у собак при удалении поджелудочной железы развивается сахарный диабет. Но при перевязке протоков поджелудочной железы, по которым сок поступает в кишечник, у животного возникали проблемы с пищеварением, но уровень глюкозы в крови не менялся. Проводя опыт над собакой, он выдвинул теорию двойственности поджелудочной железы: вырабатывает пищеварительный сок и вещество, которое выделяется прямо кровь и регулирует уровень глюкозы в крови. Оскар Минковский был близок в своей цели по открытию инсулина, однако именно это пока не удавалось.

В 1921 году молодой и перспективный хирург Фредерик Бантинг прочитал статью доктора Мозеса Бэррона, о связи клеток Лангергаса и развитием сахарного диабета. Доктор Бэррон, опираясь на статью русского ученого Леонида Васильевича Соболева, описывал случай, когда проток поджелудочной железы блокировался камнем и приводил к гибели тканей поджелудочной железы, а островки Лангергаса не повреждались. Воодушевившись статьей, Бантинг решил выделить эти клетки.

В своем дневнике он написал:

Перевязать проток поджелудочной железы у собаки. Дождаться полной атрофии ткани органа, сохраняя островковые клетки живыми;

постараться максимально изолировать эти клетки от пищеварительных соков и выделить их.

Для дальнейшего исследования Фредерику Батингу необходима была лаборатория. Со своей идеей он обратился к профессору Джону Маклеоду. Профессор поддержал энтузиазм молодого ученого и выделил ему плохо оборудованную, маленькую лабораторию, 10 собак и прикрепил помощника студента-медика Чарльза Беста. Эксперимент был начат летом 1921 года. Профессор Маклеод обучил Беста оперативному удалению поджелудочной железы и вскоре уехал. К этому периоду появился новый метод определения концентрации глюкозы в крови, при котором требовалось 0.2 мл крови вместо 25 мл. Этот метод существенно повлиял на открытие инсулина, так частый сбор большого количества крови изнурял и без того ослабленных пациентов.

Бантинг и Бест у одной группы собак полностью вырезали поджелудочную железу, что приводило к увеличению концентрации глюкозы в крови, частому мочеиспусканию, жажде и прочим сопутствующим признакам. В дальнейшим у собак развивался сахарный диабет.

У другой группы собак, молодые ученые перевязали протоки поджелудочной железы. Ткани железы, вырабатывающая пищеварительный сок со временем погибали. Поджелудочную железу так же вырезали и замораживали в растворе солей, после фильтровали. Полученное таким образов вещество водили собакам с диабетом, и у них наблюдалось резкое снижение уровня глюкозы в крови. Полученные результаты молодые ученые показали профессору Маклеоду, тот был весьма удивлен результату. И потребовал продолжить эксперимент. Маклеод понимал, что ученые находятся на грани великого открытия и выделил им хорошо оснащенную, более крупную лабораторию . Для дальнейших исследований, ученые решили брать материал от крупнорогатого скота. Что позволило им увеличить объем исследуемого материала. В 1921 году к ним присоединился биохимик Бертрам Коллип. Основной целью которого было лучше очистить вещество, для лечения людей. Ученым не терпелось применить вещество для лечения людей.

И 11 января 1922 года в впервые был введен инсулин 14-летнему мальчику, Леонарду Томпсону, страдающему сахарным диабетом, который придерживался строгой углеводной диеты. Однако первая инъекция не привела к нужным результатам, уровень глюкозы крови снизился незначительно, а место инъекции воспалилось. Бертрам Коллип продолжил свою работу по очистке инсулина. 23 января эксперимент был повторен, инъекцию сделали тому же мальчику. Результат удивил всех, уровень глюкозы снизился с 29 ммоль/л до 6,7 ммоль/л. Пациент чувствовал себя с каждым днем все лучше и лучше, понемногу набирая вес. Ученые продолжили тестирования инсулина на других пациентах с сахарным диабетом и таким образом закрепили результаты эксперимента.

В результате долгого и кропотливого труда, молодые ученые пришли к поставленной цели и смогли получить вещество, которое помогало и по сей день помогает больным с сахарным диабетом, это вещество было названо инсулином. И в 1923 году ученые Фредерик Бантинг и Джон Маклеод были удостоены Нобелевской премии. Однако Фредерик Батинг был недоволен тем, что премии удостоили Маклеода, а не Чарльза Беста. Чтобы отблагодарить Беста, Фредерик Бантинг поделился с ним своим гонораром. А Маклеод в свою очередь поделился с Коллипом.

На сегодняшний день поджелудочная железа достаточно хорошо изучена. Известно, что клетки Лангергаса расположены преимущественно в хвосте железы и вырабатывают пять видов гормонов. Основными из которых является инсулин и глюкагон.

Инсулин – представляет собой небольшой полипептид, состоящий из двух аминокислотных цепочек соединенных между собой дисульфидными связями. Молекула состоит из 51 аминокислотного остатка. В первые, полную аминокислотную последовательность удалось установить в 1950 году Фредерику Сенгеру. Им же было установлено, что при разрушении дисульфидных связей между двумя аминокислотными цепями, мелекула теряет свои свойства. Но главный вывод Сенгера состоял в том, что белок инсулин обладае т определенной аминокислотной последовательность, это открытие позволило получать инсулин синтетическим путем.

На сегодняшний день инсулин получают методом генной инженерии и используется для лечения миллионов больных людей сахарным диабетом.

В современном мире остро стоит вопрос о том, есть ли польза от вакцинации или нет. Большинство людей понятие не имеет о таких болезнях как оспа, чума, холера, бешенство и некоторые другие, хотя некоторые из них и встречаются в странах с низким экономическим развитием. Большинство из них эффективно лечатся, и процент летального исхода очень низок. Однако эти болезни не раз свирепствовали на земле, унося миллионы человеческих жизней, вершили человеческие судьбы, не смотря на социальный статус и материальное положение. В некоторых случаях от них зависел исход войны и дальнейшее развитие исторических событий. Врачи и целители прошлых веков искали защиту от смертельных болезней всевозможными способами, однако не всегда это приводило к успеху. Переломным моментом в развитии инфекционных болезней считается 1796 год и связан он с именем выдающегося английского ученого - Эдвардом Джиннером. Он обратил внимание на то, что люди, работающие с инфицированными коровами, переносят натуральную оспу в легкой форме. Это наблюдение привело его к мысли, что перенесенная кровья оспа, является защитой от человеческой оспы. Он решился на отчаянный и революционный шаг, он привил мальчика коровьей оспой, а потом доказал , что любые попытки заразить его человеческой оспой безуспешны, мальчик стал невосприимчив к человеческой оспе. Так в первые появилась вакцинация (от лат. vacca – корова), изменившая ход истории и развития медицины. В дальнейшем работу Джиннера продолжили не менее великие ученые, такие как Луи Пастер, Илья Мечников и многие другие.

Луи Пастер и новые методы вакцинации

Говоря об открытии вакцинации, мы не можем не отметить вклад выдающегося ученого Луи Пастера, который положил начало современным методам вакцинации. Суть его метода заключалась в ведении ослабленных возбудителей болезни в здоровый организм, таким образом предупреждая заражение новых организмов. Его метод стал прорывом в медицине, позволявшим избежать массового распространения инфекционных болезней по всему миру. Ученый вводил ослабленных возбудителей куриной холеры здоровым особям и наблюдал за реакцией их организма. Доктор пришел к выводу, что после введения вакцины, куры болели в легкой форме и в дальнейшем не только полностью выздоравливали, но и становились невосприимчивыми к этой болезни.

1885 году ученым была разработана вакцина от бешенства, на тот момент смертность от бешенства максимальной. Впервые вакцина от бешенства была испытана на искусанном мальчике, после чего мальчик выздоровел.

Сложно представить, что все многообразие жизни хранится в невидимой молекуле. Своеобразный код, в котором храниться вся наследственная информации всех живых организмов. Но до определенного времени люди даже представить себе не могли, что вся многогранность организма зависит от этой макромолекулы. Открытие молекулы Днк связана с именем швейцарского ученого Фридриха Мишера. Родители Мишера были потомственными врачами, и выбор профессии был очевиден. Однако, в 23 летнем возрасте, окончив медицинский факультет, Фридрих принимает решение стать биохимиком. Он начинает интересоваться процессами происходящими в живых клетках и это влечение приводит его в лабораторию Феликса Хоппе-Зейлера в Германии. Лаборатория Хоппе-Зейлера на тот момент была единственной биохимической лабораторий в Европе занимающейся изучением живых клеток. Следует отметить, что лаборатория находилась в средневековом замке где было темно и холодно как холодильнике. В последующем именно этот фактор позволит молодому ученому совершить свое великое открытие, ведь будь в этом замке на пару градусов теплее, чувствительная молекула рассыпалась бы и научная революция произошла бы не в том месте.

В раскрытии секрета главной молекулы жизни многие ученые внесли свой весомый вклад, однако известность она принесла лишь немногим. И мы хотим отметить некоторых ученых, которые по не справедливости остались в тени везунчиков.

1881 —Альбрехт Коссель, немецкий биохимик идентифицировал нуклеин как нуклеиновую кислоту. И выделил пять азотистых оснований, которые в настоящее время считаются основными строительными кирпичиками ДНК и РНК: аденин (A), цитозин (С), гуанин (G) и тимин (T) (который заменяется урацилом (U). ) в РНК).

1950 году Эрвин Чаргафф доказал, что количество Аденина = Тимину, количество Гуанина =Цитозину, эта закономерность в дальнейшем получила название правило Чаргаффа и послужила ключем к разгадке структуры Днк.

1951 году Розалинд Франклин смогла получить первую рентгеноструктурную фотографию Днк. Которя и послужила для разгадки двуцепочной закрученной структуры Днк. Розалинд Франклин умерла 1958 году, так и не дождавшись своей награды.

Что дало миру открытие Днк?

На сегодняшний день полностью расшифрован геном человека, что позволяет лечить многие генетические болезни человека.

Можно определить происхождение людей

С помощью генной инженерии можно вывести сельскохозяйственные растения устойчивые к различным болезням

Анализ Днк используется для установления отцовств

В этой работе мы попытались осветить открытия, которые на наш взгляд являются значимыми для развития биологии и медицины. Несомненно, есть множество открытий и нее менее великих ученых, которые работали на благо науки и человечества. Мы хотели раскрыть те трудности и задачи, которые стояли на тернистом пути ученых. Хотели показать, как сложен путь ученого, особенно во времена эпидемий, не имея должного оборудования, комфортных условий и инвентаря, не смотря на все тяготы, они стойко и мужественно шли к своим открытиям. Современные потомки не в состоянии в полной мере оценить их жертвы, но мы обязаны знать и помнить их подвиг.

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

Если вы идете по пляжу и находите интересный камешек-окаменелость, вы сразу понимаете, что она может принадлежать давно вымершему виду. Мысль о том, что виды вымирают, настолько привычна нам, что трудно даже представить время, когда люди думали, что каждый отдельный тип существ все еще живет где бы то ни было. Люди верили, что Бог создал все — зачем бы ему стало создать что-то, что не сможет выжить?

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?

Первые клетки, выращенные вне тела

Если биолог хочет провести исследование внутренней работы животных клеток, гораздо проще, если эти клетки не являются частью животного в это время. В настоящее время биологи культивируют широкие полоски клеток в пробирке, что значительно облегчает задачу. Первым человеком, который попытался сохранить клетки живыми вне тела хозяина, был Вильгелм Ру, немецкий зоолог. В 1885 году он поместил часть эмбриона курицы в солевой раствор и сохранял его живым в течение нескольких дней.

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

Вы наверняка слышали что-нибудь о гомеостазе, но в целом очень легко забыть, насколько он важен. Гомеостаз — это один из четырех важных принципов современной биологии, наряду с эволюцией, генетикой и клеточной теорией. Основная идея умещается в короткую фразу: организмы регулируют свою внутреннюю среду. Но как и в случае с другими важными понятиями, которые можно уместить в короткую и емкую фразу — объекты с массой притягиваются друг к другу, Земля вращается вокруг Солнца, никакого подвоха нет — это действительно важное понимание природы нашего мира.

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.

Первое выделение фермента

О ферментах, как правило, впервые узнают в школе, но если вы прогуливали уроки, объясним: это большие белки, которые помогают протеканию химических реакций. Кроме того, на их основе делают эффективный стиральный порошок. Также они обеспечивают десятки тысяч химических реакций в живых организмах. Ферменты (энзимы) так же важны для жизни, как и ДНК — наш генетический материал не может копировать себя без них.

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

Изобретение окрашивания клеток

Если вы когда-либо видели фотографии клеток, сделанных с помощью микроскопа (или сами на них смотрели), есть весьма высокий шанс, что они были сперва окрашены. Окрашивание позволяет нам видеть те части клетки, которые обычно не видны, и в целом увеличивают четкость картинки. Есть куча разных методов окрашивания клеток, и это одна из самых фундаментальных техник в микробиологии.

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

До недавней кончины, британский ученый Фредерик Сэнгер был единственным живым человеком, который получил две Нобелевских премии. Именно работа на вторую премию привела к тому, что он попал наш в список. В 1980 он получил главный научный приз вместе с Уолтером Гилбертом, американским биохимиком. В 1977 году они опубликовали метод, который позволяет выяснить последовательность строительных блоков в цепи 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

В 1860-х Луи Пастер прославился за свою микробную теорию болезней. Но микробы Пастера были только половиной дела. Ранние сторонники микробной теории думали, что все инфекционные заболевания вызываются бактериями. Но оказалось, что простуду, грипп, ВИЧ и другие бесконечные проблемы со здоровьем вызывает нечто совсем другое — вирусы.

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.

Отказ от преформизма

Одной из самых необычных идей в истории был преформизм, когда-то ведущая теория о создании младенца. Как следует из названия, теория предполагала, что все создания были созданы предварительно — то есть их форма уже была готова до начала их роста. Проще говоря, люди верили, что миниатюрное человеческое тело было внутри каждого сперматозоида или яйцеклетки в поисках места, в котором можно расти. Этого крошечного человечка называли гомункулом.

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.

C помощью микроскопа, Антон ван Левенгук, случайно обнаруживает микроорганизмы в капле воды. Его наблюдения заложили основу науки бактериологии и микробиологии.

2. Клеточное ядро (1831)

Карл Везе обнаруживает бактерии без ядра. Многие организмы, классифицированных в новом царстве археи являются -экстремофилы. Некоторые из них живут при очень высоких или низких температурах, другие в очень соленой, кислой или щелочной воде.

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.

5. Sex Cells (1884)

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)

Ханс Кребс определяет этапы состояния клетки, необходимые для преобразования сахара, жиров и белков в энергию. Это так же известно как цикл лимонной кислоты, - это ряд химических реакций с использованием кислорода в составе клеточного дыхания. Цикл вносит свой вклад в распад углеводов, жиров и белков в диоксид углерода и воду.

9. Нейротрансмиссия (конец 19-начало 20 века)

Ученые открыли нейротрансмиттеры - тела, для передачи сигналов от одной нервной клетки к другой через химические вещества или электрические сигналы.

10. Гормоны (1903)

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)

Ян Ингенхоус (Ingenhousz) обнаруживает, что растения реагируют на солнечный свет иначе, чем на тени. Это заложило основу понимания фотосинтеза. Фотосинтез - это процесс, в котором растения, водоросли и некоторые бактерии преобразуют энергию света в химическую энергию. У растений, листья поглощают углекислый газ, а корни всасывают воду. Солнечный свет катализирует реакцию, которая приводит к выработке глюкозы (пищи для растений) и кислорода, который является отходами жизнедеятельности, попадает в окружающую среду. Почти все живое на Земле, в конечном счете, зависит от этого процесса.

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.

Читайте также: