Сообщение о современной биологии

Обновлено: 04.07.2024

К этому направлению относят учёных-натуралистов, которые занимаются изучением многообразия живых организмов. Они наблюдают за процессами, происходящими в живой природе, и анализируют полученные результаты, занимаются классификацией живых организмов.

Основоположник теории эволюции Чарльз Дарвин (\(1809\)–\(1882\) г.) в начале своей научной деятельности занимался наблюдениями, описанием и коллекционированием растений и животных. Позже он обобщил накопленные материалы и на их основе пришёл к выводу, что все живые организмы изменяются во времени, т. е. происходит эволюция. В своих научных трудах Дарвин объяснил механизм и движущие силы эволюции.

Эволюционное учение продолжает развиваться. В результате объединения учения о естественном отборе с генетикой возникла синтетическая теория эволюции. Использование современных физико-химических методов позволило понять, как могла возникнуть жизнь на Земле. Новые открытия учёных дополнили теорию происхождения человека.

Эта отрасль биологии основана на комплексном использовании научных методов для изучения биологических объектов и явлений. Открытия, сделанные в этом направлении, позволят решить многие глобальные проблемы, стоящие перед человечеством (получение достаточного количества продуктов питания, поиск неисчерпаемых источников энергии, решение экологических проблем и др.).

В эпоху бурного развития медицины и перехода к шестому технологическому укладу, существенно возрастает роль биологии, что мы сегодня и можем наблюдать. Различные исследования, связанные с генной инженерией, клеточными технологиями, нейробиологией и многими другими отраслями данной науки сегодня открывают совершенно невиданные доселе перспективы. В связи с этим данные исследования активно финансируются, и каждый год мы можем наблюдать все новые открытия и достижения современной биологии, которые способны удивить любого.

Технология печати органов на 3D-принтере

Аддитивные технологии или технологии 3D печати уже шагнули настолько далеко, что ученые даже пытаются с их помощью выращивать живые органы. И вот недавно израильским ученым удалось при помощи подобного устройства напечатать реальное человеческое сердце в миниатюре. Сердце имеет такие же кровеносные сосуды и клетки, которые выполнены из специальной смеси стволовых клеток человека и соединительной ткани. Сердце может сокращаться, и следующим этапом является совершенствование данной технологии, чтобы заставить его еще и перегонять кровь. Ученые полагают, что в ближайшие 10-15 лет мы сможет наблюдать, как подобные принтеры будут появляться в разных странах по всему миру, и с их помощью люди будут выращивать реальные органы.


Сердце, напечатанное на 3D принтере

Бессмертные существа – Тихоходки


Тихоходка под микроскопом

В другом эксперименте этих существ охлаждали в жидком кислороде (-193 °C) и гелии (-271 °C), после чего также обнаруживали тихоходок живыми и здоровыми. С ними даже проводили эксперименты в космосе, благодаря чему удалось выяснить, что они способны выживать в вакууме и выдерживать облучение критическими дозами ультрафиолета. В связи с этим ученые принялись активно исследовать генетику и особенности строения тихоходок, так как это может помочь в будущем при освоении дальнего космоса.

Достижение современной биологии – нанороботы

В результате синтеза нанотехнологий и достижений современной биологии ученым удалось создать уникальных нанороботов, которые способны поместиться внутри человеческих кровеносных сосудов. Плавая по крови, такие роботы способны очищать её от токсинов, вредных бактерий и других опасных веществ. Ученые считают, что такой способ в будущем может стать идеальным способом очистки организма и лечения различных заболеваний. Для создания роботов частично были использованы живые клетки, в которых были сохранены все их изначальные функции. Благодаря этому нанороботы представляют собой настоящих киборгов, живая ткань которых совмещает нановолокна золота и искусственные материалы.


Визуализация гибридных нанороботов к крови человека

Схожие технологии также хотят использовать для того, чтобы адресно доставлять по кровеносной системе человека лекарства и другие полезные вещества к тому органу, который этого требует. Нанороботов вполне можно запрограммировать на выполнение конкретного задания в организме человека или поиск источника заболевания. При помощи магнитных технологий в будущем ученые планируют научиться управлять нанороботами прямо в теле человека, таким образом, их функции и задачи можно будет менять уже после того, как эти роботы попадут внутрь кровеносной системы.

Клеточная биология: стволовые клетки человека

На сегодняшний день клеточные технологии являются одним из главных трендов современной биологии, в русле которого проводится множество исследований. Такие технологии направлены на то, чтобы научиться управлять биологическими процессами в организме на клеточном, т.е. на базовом биологическом уровне, а также получить возможность персонализировать медицинское вмешательство, сделав его максимально эффективным для каждого отдельного человека.


Сердце человека, выращенное из стволовых клеток

Двадцать первый век — это век биологии, пришедшей на смену веку физики. Биология стала не только фундаментальной наукой о жизни во всех ее проявлениях, но и частью человеческой культуры и духовности общества, которая существенно влияет на все области деятельности человека. Значение современной биологии, являющейся целой системой наук о жизни, о биосистемах, трудно переоценить. Биологические открытия генетического кода, механизмов искусственного синтеза, рекомбинации и переноса генов, биосинтеза белков, стволовых клеток способны изменить медицину, сельское хозяйство, промышленность и охрану природы и обеспечить решение глобальных проблем человечества.

Проблема — это сложная задача, которая требует решения, но его способы и возможный результат неизвестны. Решение научных проблем приводит к научным открытиям. Какие проблемы человека из перечисленных могут быть решены с помощью биологических знаний?

Основные глобальные проблемы человечества:

  • Геополитические (проблемы войны и мира, терроризма)
  • Экологические (уменьшение запасов биоресурсов и т.д.)
  • Демографические (например, изменение численности населения Земли)
  • Социальные (проблемы здравоохранения, образования)
  • Экономические (энергетические, сырьевые непродовольственные)

Основными направлениями современных биологических исследований являются:

  1. изучение механизмов регуляции процессов на всех уровнях организации живого с целью познания закономерностей жизни;
  2. изучение законов существования и развития биосферы с целью установления гармоничных отношений между природой и обществом;
  3. исследование биологических процессов с целью конструирования на их основе новых биологических и технических систем;
  4. изучение влияния условий космоса на организм для выяснения механизмов адаптации живых существ к действиям космических факторов;
  5. исследования биологических процессов и объектов с целью использования знаний для биотехнологического производства лекарств, пищевых продуктов, сырья, использования солнечной энергии, добыча экологически чистого топлива, электроэнергии, охраны природы, определения возможностей использования пищевых продуктов из генетически модифицированных организмов;
  6. исследования механизмов деятельности мозга с целью познания закономерностей регуляции процессов мышления, памяти, эмоций и т.д.;
  7. изучение механизмов наследственности и изменчивости с целью разработки методов раннего диагностирования и излечения наследственных болезней человека, лечение новых инфекционных болезней, исследования заболеваний растений и механизмов фитоиммунитета;
  8. изучение молекулярных и клеточных реакций организмов на глобальные катастрофические изменения климата на планете;
  9. изучение закономерностей старения живых существ для увеличения продолжительности жизни и решения проблем долголетия человека.

Итак, XXI век является веком биологии, так как основные глобальные проблемы могут быть решены с помощью биологических знаний.


Связь биологии и экологии

Современная экология является междисциплинарной самостоятельной наукой, связанной со многими другими науками и прежде всего с биологией. Экологические знания необходимы для исследований по ботанике, зоологии, физиологии, морфологии, систематики, биогеографии, эволюционной биологии, генетики, биотехнологии, поскольку биологические системы — это открытые системы, которые взаимосвязаны с окружающей средой триединым потоком веществ, энергии и информации. При этом экология является биологической наукой из-за того, что исследует биологические системы и их свойства.

На современном этапе развития общества биологические и экологические исследования объединяет общая и чрезвычайно актуальная цель: предоставить общую картину функционирования природы и определить место и роль человека в природных процессах. Само существование живой природы на нашей планете и процветания человеческого общества зависят от того, насколько быстро будут раскрыты закономерности существования экосистем и биосферы в целом.

Итак, характер междисциплинарных связей биологии и экологии на современном этапе развития общества определяется необходимостью решения глобальных проблем человечества.

Каково значение биологических знаний для человека?

Биологическое познания является организованной деятельностью в соответствии с целями и задачами, результатом которой являются новые знания о живой природе. Для накопления и обработки знаний биология использует такие понятия, как научный факт, гипотеза, теория, закон. Сложность проявлений жизни предопределяет использование самых разнообразных методов биологии, физики, химии, географии, математики. Среди основных методов выделяют сравнительно-описательный, экспериментальный, мониторинг, моделирование и статистический метод.

  1. сельское и лесное хозяйство (выращивание культурных и дикорастущих лесных растений, разведение домашних животных, борьба с вредителями и болезнями растений и животных);
  2. промышленность (производство пищевых продуктов, питательных веществ в пищевой промышленности; в легкой промышленности — получение сырья для натуральных тканей из льна, хлопка, одежды из кожи; антибиотиков, витаминов, ферментов в микробиологической промышленности);
  3. медицина (профилактика и лечение неинфекционных и инфекционных заболеваний, сохранения и укрепления здоровья человека, рост продолжительности жизни);
  4. охрана природы (для рационального использования и сохранения природных ресурсов, решение экологических проблем человечества)
  5. селекция (для создания и улучшения качества сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов, используемых человеком для решения социальных проблем);
  6. искусство (для создания эстетических объектов, ситуаций или действий, которыми можно поделиться с другими людьми и использовать для развития личности);
  7. техника и технологии (для изучения возможностей использования живого при создании машин, устройств, приборов или производственных процессов в определенной отрасли производства) и др.

Итак, XXI век является веком биологии еще и потому, что нет такой области практической деятельности человека, для которой исследования и достижения современной биологии не имели бы никакого значения.

Биология достигла значительных успехов за последние 30 лет. Эти достижения в научном мире выходят за рамки всех областей, окружающих человека, непосредственно влияя на благосостояние и развитие общества в целом..

Будучи отраслью естественных наук, биология фокусирует свое внимание на изучении всех живых организмов. Каждый день технологические инновации позволяют проводить более конкретные исследования структур, которые образуют виды пяти естественных царств: животных, овощей, монет, протистов и грибов..


Таким образом, биология усиливает свои исследования и предлагает новые альтернативы различным ситуациям, от которых страдают живые существа. Точно так же он делает открытия новых видов и вымерших видов, что способствует прояснению некоторых вопросов, связанных с эволюцией..

Одним из главных достижений этих достижений является то, что эти знания распространились за пределы исследователя, достигнув ежедневных масштабов..

В настоящее время такие термины, как биоразнообразие, экология, антитела и биотехнология, не предназначены исключительно для использования специалистом; его трудоустройство и знания по этому вопросу являются частью повседневной жизни многих людей, не преданных научному миру.

Самые выдающиеся достижения в биологии за последние 30 лет


Интерференционная РНК

В 1998 году была опубликована серия исследований, связанных с РНК. В них утверждается, что экспрессия гена контролируется биологическим механизмом, называемым РНК интерференции..

Посредством этой РНКи гены, специфичные для генома, могут быть отключены после транскрипции. Это достигается небольшими молекулами двухцепочечной РНК.

Эти молекулы действуют путем своевременного блокирования трансляции и синтеза белков, которые происходят в генах мРНК. Таким образом, действие некоторых патогенов, вызывающих серьезные заболевания, будет контролироваться.

РНКи является инструментом, который внес большой вклад в терапевтическую область. В настоящее время эта технология применяется для выявления молекул, обладающих терапевтическим потенциалом против различных заболеваний..

Первое взрослое млекопитающее клонировано

Первая работа по клонированию млекопитающего была проведена в 1996 году учеными в отношении одомашненных овец.

Для проведения эксперимента использовали соматические клетки молочных желез, которые находились во взрослом состоянии. Используемый процесс был ядерной передачей. Получившаяся в результате овца Долли росла и развивалась, способная размножаться естественным путем без каких-либо неудобств..

Картирование генома человека

Для этого биологического прорыва потребовалось более 10 лет, что было достигнуто благодаря вкладу многих ученых во всем мире. В 2000 году группа исследователей представила почти окончательную схему карты генома человека. Окончательный вариант работы был завершен в 2003 году..

Эта карта генома человека показывает расположение каждой из хромосом, которые содержат всю генетическую информацию человека. С помощью этих данных специалисты могут знать все детали генетических заболеваний и любые другие аспекты, которые вы хотите исследовать.

Стволовые клетки из клеток кожи

До 2007 года обрабатывали информацию о том, что плюрипотентные стволовые клетки были обнаружены только в эмбриональных стволовых клетках..

В том же году две команды американских и японских исследователей выполнили работу, в которой им удалось обратить клетки взрослой кожи, чтобы они могли действовать как плюрипотентные стволовые клетки. Они могут быть дифференцированы, будучи в состоянии стать любым другим типом клеток.

Члены роботизированного тела контролируются мозгом

В течение 2000 года ученые из медицинского центра Университета Дьюка вживили несколько электродов в мозг обезьяны. Цель состояла в том, чтобы это животное могло контролировать роботизированную конечность, позволяя ему собирать пищу.

В 2004 году был разработан неинвазивный метод с целью захвата волн, исходящих из мозга, и использования их для управления биомедицинскими устройствами. В 2009 году Пьерпаоло Петруцциелло стал первым человеком, который с помощью робота мог выполнять сложные движения..

Это может быть достигнуто с помощью неврологических сигналов от его мозга, которые были получены нервами руки.

Редактирование основ генома

Ученые разработали более точную технику, чем редактирование генов, восстанавливающих гораздо меньшие сегменты генома: основы. Благодаря этому основания ДНК и РНК могут быть заменены, решая конкретные мутации, которые могут быть связаны с заболеваниями.

Таким образом, базы AT стали парой GC. Этот метод переписывает ошибки, представленные генетическим кодом, без необходимости вырезать и заменять целые области ДНК.

Новая иммунотерапия против рака

Эта новая терапия основана на атаке на ДНК органа, который представляет раковые клетки. Новый препарат стимулирует иммунную систему и применяется при меланоме..

Препарат был одобрен Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA).

Генная терапия

Одной из наиболее распространенных генетических причин смерти детей является спинальная мышечная атрофия 1-го типа. Этим новорожденным не хватает белка в двигательных нейронах спинного мозга. Это приводит к тому, что мышцы ослабевают и перестают дышать.

У детей, страдающих от этой болезни, появилась новая возможность спасти свою жизнь. Это метод, который включает отсутствующий ген в нейронах позвоночника. Мессенджер - это безвредный вирус, называемый аденоассоциированным вирусом (AAV)..

Генная терапия AAV9, ген белка которой отсутствует в нейронах спинного мозга, проводится внутривенно. В большом количестве случаев, когда применялась эта терапия, дети могли есть, сидеть, разговаривать, а некоторые даже бегать.

Человеческий инсулин с помощью технологии рекомбинантных ДНК

Производство человеческого инсулина с помощью технологии рекомбинантных ДНК представляет собой важный прогресс в лечении пациентов с диабетом. Первые клинические испытания рекомбинантного человеческого инсулина на людях начались в 1980 году..

Это было сделано путем раздельного получения цепочек А и В молекулы инсулина, а затем их объединения химическими методами. Однако рекомбинантный процесс изменился с 1986 года. Генетическое кодирование проинсулина человека вводится в клетки кишечной палочки..

Затем их культивируют путем ферментации с получением проинсулина. Связывающий пептид ферментативно отщепляется от проинсулина с образованием человеческого инсулина.

Преимущество этого типа инсулина в том, что он обладает более быстрым действием и меньшей иммуногенностью, чем у свинины или говядины..

Трансгенные растения

В 1983 году были выращены первые трансгенные растения..

Через 10 лет первое генетически модифицированное растение было коммерциализировано в Соединенных Штатах, а через два года томатная паста из ГМ-растения (генетически модифицированная) вышла на европейский рынок..

На тот момент генетические модификации регистрировались каждый год у растений по всему миру. Эта трансформация растений осуществляется через процесс генетической трансформации, где вставляется экзогенный генетический материал

Основой этих процессов является универсальная природа ДНК, содержащая генетическую информацию большинства живых организмов..

Эти растения характеризуются одним или несколькими из следующих свойств: толерантность к гербицидам, устойчивость к вредителям, модифицированный аминокислотный или жировой состав, мужское бесплодие, изменение цвета, позднее созревание, введение маркера селекции или устойчивость к вирусным инфекциям.

Читайте также: