Содержание
На главную
БИОЛОГИЧЕСКОЕ-БИООПТИКА

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ, система подготовки биологов для н.-и. учреждений и преподавателей биологич. дисциплин. Знание биологии предусматривается при подготовке специалистов с мед., с.-х., пед. и др. естественнонаучным спец. образованием. Как обязательный уч. предмет биология изучается в общеобразоват. школе. Б. о. имеет мировоззренческое значение, способствует формированию материалистич. представлений о живой природе и борьбе с религ. предрассудками. В СССР подготовка специалистов с высшим Б. о. осуществляется на биологич. и биолого-почвенных ф-тах ун-тов и на ф-тах естествознания, биолого-химич., биолого-географич. отделениях пед. ин-тов, в мед., с.-х., зооветеринарных, рыбных и нек-рых др. вузах.

В России преподавание биологии началось в сер. 18 в. на мед. ф-те Моск. ун-та, а затем в нач. 19 в. на мед. ф-тах ун-тов в Дерпте (ныне Тарту), Казани, Харькове. С 40-х гг. биологич. дисциплины были включены в уч.планы с.-х. ин-тов, к-рые стали создаваться в это время.

В течение 19в. в Московском, Петербургском и других ун-тах возникли крупные науч. биологич. школы и направления, нек-рые из них получили мировое признание и стали классическими. Однако Б. о. как самостоятельная отрасль специального образования сформировалось только после Великой Октябрьской социа-листич. революции. В 1923-27 во многих ун-тах открылись самостоят, биологич. ф-ты или отделения, расширилась сеть пед. ин-тов, имеющих биологич. отделения. За годы Сов. власти создана гос. система подготовки специалистов с высшим общебиологич. (университетским и педагогич.) и спец. биологич. (мед. и с.-х.) образованием.

Биологич. и биолого-почвенные ф-ты ун-тов (в нек-рых ун-тах - химико-биологич., биолого-географич., естеств. наук ф-ты) готовят биологов широкого профиля с узкой специализацией по отдельным отраслям биологич. науки (ботаника, зоология, физиология растений, микробиология, цитология, биофизика, биохимия, вирусология, генетика и др.), а также специалистов в области смежных наук (цитохимии, биохимич. генетики, экологич. физиологии, бионики и т. п.), почвоведов и агрохимиков. Б. о. складывается из изучения общенаучных (физика, математика, химия, история КПСС, науч. коммунизм, политэкономия, философия и т. д.) и биологич. дисциплин. Биологич. дисциплины делятся на общие (изучаемые всеми студентами)и специальные (по свободному выбору для углублённой подготовки в определённой отрасли биологии) курсы. Общими являются: ботаника, зоология, микробиология, биохимия, цитология, гистология и эмбриология, физиология растений, физиология животных и человека, генетика с основами селекции, биофизика и др. Помимо специальных курсов по общим биологич. дисциплинам, существует специализация в таких отраслях биологич. науки, как экология животных и растений, ботанич. география, генетика растений, генетика микроорганизмов, вирусология, радиобиология, витаминология, протистология и т. д. Кроме того, в университетах готовятся почвоведы и агрохимики, к-рые также получают глубокие знания в области биологии. Срок обучения на биологич. ф-тах ун-тов от 5 до 6 лет (в зависимости от формы обучения - дневной, вечерней или заочной). В 1969 биологич. ф-ты (специальности) имелись в 42 университетах (св. 40 тыс. студентов; ежегодный выпуск -св. 5 тыс. чел.).

В пед. ин-тах Б. о., как правило, является комплексным и обеспечивает подготовку учителей по двум специальностям: учитель биологии и химии, биологии и основ с.-х. произ-ва, географии и биологии. Студенты пед. ин-тов изучают общенауч. и биологич. дисциплины, спецкурсы по выбору, а также предметы пед. цикла, в т. ч. методику преподавания биологии. В программу подготовки учителей биологии и основ с. х-ва, кроме того, включён широкий круг агрономич. дисциплин (см. Педагогическое образование). Срок обучения в пед. ин-тах 4 -5 лет (в зависимости от формы обучения и профиля подготовки). В 1969 учителей биологии готовили 125 пед. ин-тов (св. 104 тыс. студентов, в т. ч. 57 тыс. с двумя специальностями); ежегодный выпуск -ок. 15 тыс., в т. ч. 9,3 тыс. с двумя специальностями.

Вспомогательное Б. о. получают выпускники мед. и с.-х. вузов. В уч. планах мед. вузов имеются обязательные курсы биологии и паразитологии, биохимии, микробиологии, норм, анатомии, гистологии с цитологией и эмбриологией и др., в планах с.-х. вузов - общие и спец. курсы по биологии, зоологии, микробиологии, анатомии и физиологии с.-х. животных, физиологии растений, ботанике с геоботаникой, биохимии и др. (см. Медицинское образование, Сельскохозяйственное образование).

В связи с бурным развитием биологич. науки и всё возрастающими потребностями нар. х-ва в специалистах с Б. о. существенно увеличился выпуск биологов, специализирующихся в таких областях науки, как биохимия, биофизика, генетика, вирусология, радиобиология, молекулярная биология и др. Создаются отделения и кафедры биофизики и биохимии на биологич., физико-математич. и химич. ф-тах ун-тов и др. вузов. В Новосибирском ун-те имеется медико-биологич. отделение, к-рое выпускает теоретич. работников в области медицины. 2-й Московский медицинский институт готовит врачей биофизиков и биохимиков. Подготовка специалистов биологов для науч. и пед. работы осуществляется в аспирантуре, в т. ч. и во многих н.-и. ин-тах. Через систему аспирантуры в область биологии приходят специалисты и с физическим, химическим и математическим образованием. Решающее значение для совершенствования системы Б. о. имеет постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР "О мерах по дальнейшему развитию биологической науки и укреплению её связи с практикой" (1963), в к-ром предусмотрены мероприятия по дальнейшему развитию биологич., мед. и с.-х. образования.

Широкое развитие Б. о. получило и за рубежом. Среди крупнейших центров Б. о.- Калифорнийский (США), Оксфордский (Великобритания), Парижский, Варшавский, Карлов (ЧССР), Берлинский (ГДР) ун-ты. Ж. А. Медведев.

БИОЛОГИЯ. Содержание:

Введение
Система биологических наук
Краткий исторический очерк
Уровни организации и изучения жизненных явлений
Некоторые проблемы современной биологии
Значение биологии для сельского и промыслового хозяйства, медицины
Заключение
Литература

Биология (от био... и ...логия), совокупность наук о живой природе. Предмет изучения Б.-все проявления жизни: строение и функции живых существ и их природных сообществ, их распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и с неживой природой. Задачи Б. состоят в изучении всех биол. закономерностей, раскрытии сущности жизни и её проявлений с целью познания и управления ими. Термин "Б." предложен в 1802 независимо друг от друга двумя учёными -франц. Ж. Б. Ламарком и нем. Г. Р. Тре-виранусом. Иногда термин "Б." употребляют в узком смысле, аналогичном понятиям экология и биономия.

Введение

Осн. методы Б.: наблюдение, позволяющее описать биол. явление; сравнение, дающее возможность найти закономерности, общие для разных явлений (напр., особей одного вида, разных видов или для всех живых существ); эксперимент, или опыт, в ходе которого исследователь искусственно создаёт ситуацию, помогающую выявить глубже лежащие свойства биол. объектов; наконец, исторический метод, позволяющий на основе данных о совр. органич. мире и его прошлом познавать процессы развития живой природы. В совр. Б. между этими осн. методами исследования нельзя провести строгой границы; когда-то оправданное разделение Б. на описат. и эксперимент, разделы теперь утратило своё значение.

Б. тесно связана со мн. науками и с практич. деятельностью человека. Для описания и исследования биол. процессов Б. привлекает химию, физику, математику, мн. технич. науки и науки о Земле - геологию, географию, геохимию. Так возникают биол. дисциплины, смежные с др. науками,- биохимия, биофизика и пр., и науки, в к-рые Б. входит как составная часть, напр, почвоведение, включающее изучение процессов, протекающих в почве под влиянием почвенных организмов, океанология и лимнология, включающие изучение жизни в океанах, морях и пресных водах.

В связи с выходом Б. на передовые рубежи естествознания, ростом значения и относит, роли Б. среди др. наук, в частности в качестве производит, силы общества, 2-ю пол. 20 в. часто называют "веком Б.". Огромно значение Б. для формирования последовательно материалистич. мировоззрения, для доказательства естественноисторич. происхождения всех живых существ и человека с присущими ему высшими формами разумной деятельности, для искоренения веры в сверхъестественное и изначальную целесообразность (теология и телеология). Важную роль играет Б. в познании человека и его места в природе. По словам К. Маркса, Б. и разработанное в её недрах эволюционное учение дают естественноисторич. основу материалистич. взглядам на развитие общества. Победа эволюционной идеи в 19 в. покончила в науке с верой в божественное сотворение живых существ и человека (креационизм). Б. доказывает, что в основе жизненных процессов лежат явления, подчиняющиеся законам физики и химии. Это не исключает наличия в живой природе особых биол. закономерностей, к-рые, однако, не имеют ничего общего с представлением о существовании непознаваемой "жизненной силы" -vis vitalis (см. Витализм). Т. о., благодаря прогрессу Б. рушатся главные опоры религиозного мировоззрения и филос. идеализма. Методелогич. основой совр. Б. является диалектический материализм. Даже исследователи, далёкие от утверждения материализма в филос. концепциях, своими работами подтверждают принципиальную познаваемость живой природы, вскрывают объективно существующие закономерности и проверяют правильность познания опытом, практикой, т. е. стихийно стоят на материалистич. позициях.

Вскрываемые Б. закономерности -важная составная часть совр. естествознания. Они служат основой медицины, с.-х. наук, лесного х-ва, звероводства, охотничьего и рыбного х-ва. Использование человеком богатств органич. мира строится на принципах, вскрываемых Б. Данные Б., относящиеся к ископаемым организмам, имеют значение для геологии. Мн. биол. принципы применяют в технике. Использование атомной энергии, а также космич. исследования потребовали создания и усиленного развития радиобиологии и космич. Б. Только на основе биол. исследований возможно решение одной из самых грандиозных и насущных задач, вставших перед человечеством,- планомерной реконструкции биосферы Земли с целью создания оптимальных условий для жизни увеличивающегося населения планеты.

Система биологических наук

Система биол. наук чрезвычайно многопланова, что обусловлено как многообразием проявлений жизни, так и разнообразием форм, методов и целей исследования живых объектов, изучением живого на разных уровнях его организации. Всё это определяет условность любой системы биол.наук. Одними из первых в Б. сложились науки о животных - зоология и растениях - ботаника, а также анатомия и физиология человека - основа медицины. Другие крупные разделы Б., выделяемые по объектам исследования, - микробиология - наука о микроорганизмах, гидробиология -наука об организмах, населяющих водную среду, и т. д. Внутри Б. сформировались более узкие дисциплины; в пределах зоологии - изучающие млекопитающих - териология, птиц - орнитология, пресмыкающихся и земноводных -герпетология, рыб и рыбообразных -ихтиология, насекомых - энтомология, клещей - акарология, моллюсков - малакология, простейших - протозоология; внутри ботаники - изучающие водоросли - альгология, грибы - микология, лишайники - лихенология, мхи - бриология, деревья и кустарники - дендрология и т. д. Подразделение дисциплин иногда идёт ещё глубже. Многообразие организмов и распределение их по группам изучают систематика животных и систематика растений. Б. можно подразделить на неонтологию, изучающую совр. органич. мир, и палеонтологию -науку о вымерших животных (палеозоология) и растениях (палеоботаника).

Др. аспект классификации биол. дисциплин - по исследуемым свойствам и проявлениям живого. Форму и строение организмов изучают морфологич. дисциплины; образ жизни животных и растений и их взаимоотношения с условиями внешней среды - экология; изучение разных функций живых существ - область исследований физиологии животных и физиологии растений; предмет исследований генетики - закономерности наследственности и изменчивости; этологии -закономерности поведения животных; закономерности индивидуального развития изучает эмбриология или в более широком совр. понимании - биология развития; закономерности историч. развития -эволюционное учение. Каждая из назв. дисциплин делится на ряд более частных (напр., морфология - на функциональную, сравнительную и др.). Одновременно происходит взаимопроникновение и слияние разных отраслей Б. с образованием сложных сочетаний, напр, гисто-, цито- или эмбриофизиология, цитогенетика, эволюционная и экологическая генетика и др. Анатомия изучает строение органов и их систем макроскопически; микроструктуру тканей изучает гистология, клеток - цитология, а строение клеточного ядра - кариология. В то же время и гистология, и цитология, и кариология исследуют не только строение соответствующих структур, но и их функции и биохимич. свойства.

Можно выделить в Б. дисциплины, связанные с использованием определённых методов исследования, например биохимию, изучающую осн. жизненные процессы химич. методами и подразделяемую на ряд разделов (биохимия животных, растений и т. п.), биофизику, вскрывающую значение физич. закономерностей в процессах жизнедеятельности и также подразделяемую на ряд отраслей. Биохимич. и биофизич. направления исследований зачастую тесно переплетаются как между собой (напр., в радиационной биохимии), так и с др. биол. дисциплинами (напр., в радиобиологии). Важное значение имеет биометрия, в основе к-рой лежат математич. обработка биол. данных с целью вскрытия зависимостей, ускользающих при описании единичных явлений и процессов, планирование эксперимента и др.; теоретич. и математич. Б. позволяют, применяя логич. построения и математич. методы, устанавливать более общие биол. закономерности.

В связи с изучением живого на разных уровнях его организации выделяют молекулярную биологию, исследующую жизненные проявления на субклеточном, молекулярном уровне; цитологию и гистологию, изучающие клетки и ткани живых организмов; популяционно-видовую Б. (систематику, биогеографию, популяционные направления в генетике и экологии), связанную с изучением популяций как составных частей любого вида организмов; биогеоценологию, изучающую высшие структурные уровни организации жизни на Земле, вплоть до биосферы в целом. Важное место в Б. занимают как теоретич., так и практич. направления исследований, резкую границу между к-рыми трудно провести, т. к. любое теоретич. направление неизбежно связано (прямо или косвенно, в данный момент или в будущем) с выходами в практику. Теоретич. исследования делают возможными открытия, революционизирующие мн. отрасли практич. деятельности, они обеспечивают успешное развитие прикладных дисциплин, напр. пром. микробиологии и технич. биохимии, защиты растений, растениеводства и животноводства, охраны природы, дисциплин медико-биол. комплекса (паразитология, иммунология и т. д.). В свою очередь, отрасли прикладной Б. обогащают теорию новыми фактами и ставят перед ней задачи, определяемые потребностями общества. Из практически важных дисциплин быстро развиваются бионика (изучение технич. приложений биол. закономерностей), космическая биология (изучение биол. действия факторов мирового пространства в проблем освоения космоса), астробиология или экзобиология (исследование жизни вне Земли). Изучением человека как продукта и объекта биол. эволюции занимается ряд биол. дисциплин - антропология, генетика и экология человека, мед. генетика, психология,- тесно связанных с социальными науками.

Особо следует выделить неск. фундаментальных областей Б., исследующих наиболее общие, присущие всем живым существам закономерности и составляющих основу совр. общей Б. Это наука об осн. структурно-функциональной единице организма - клетке, т. е. цитология; наука о явлениях воспроизведения и преемственности морфо-физиологич. организации живых форм - генетика; наука об онтогенезе - биология развития; наука о законах историч. развития органич. мира - эволюционная теория, а также физико-химич. Б. (биохимия и биофизика) и физиология, изучающие функциональные проявления, обмен веществ и энергии в живых организмах. Из приведённого далеко не полного перечня биол. дисциплин видно, как велико и сложно здание совр. Б. и как прочно вместе с соседними науками, изучающими закономерности неживой природы, оно связано с практикой.

Краткий исторический очерк

Совр. Б. уходит корнями в древность. Древние цивилизации на В. и Ю. Азии (Китай, Япония, Индия) развивались самобытным путём и не оказали прямого влияния на европ. науку. Совр. Б. берёт начало в странах Средиземноморья (Древний Египет, Древняя Греция). Первые систематич. попытки осмыслить явления жизни были сделаны др.-греч., а в дальнейшем др.-рим. натурфилософами и врачами (начиная с6 в. дон. э.). Особенно большой вклад в развитие Б. внесли Гиппократ, Аристотель и Гален. В ср. века накопление биол. знаний диктовалось в осн. интересами медицины. Растения изучались преим. в связи с их лекарственными свойствами. Вскрытия человеч. тела были запрещены, и преподававшаяся по Галену анатомия была в действительности анатомией животных, гл. обр. свиньи и обезьяны. Аристотель был осн. философским авторитетом церкви, однако многие его произведения игнорировались, а иногда запрещались. В эпоху Возрождения получили распространение соч. античных натуралистов, а также энциклопедистов средневековья, писавших о природе. Географич. открытия, связанные с путешествиями в страны Средиземноморья, а затем и к берегам Африки и вокруг неё (1497), открытие Сев. Америки (1492) и др. обогатили знания о мире растений и животных. Способствовало этому и создание ботанич. садов при ун-тах и зверинцев.

Первые ботанич. труды были комментариями к соч. антич. учёных Теофра-ста, Диоскорида и Плиния Старшего. В дальнейшем появляются оригинальные "травники" - перечни лекарственных растений с их кратким описанием и изображением. Растения делили на деревья, кустарники и травы. Лишь итал. ботаник А. Чезальпино сделал попытку (1583) создания классификации на основе строения семян, цветков и плодов. У Чезальпино имеются зачатки учения о метаморфозе, а также понятий рода и вида. Многотомные компилятивные энциклопедии были составлены по зоологии: "История животных" швейц. учёного К. Геснера (т. 1-5, 1551-87) и серия монографий (13 тт., 1599-1616) итал. учёного У. Альдрованди. Появились описания "заморских" животных, осн. на наблюдениях в природе и на посещении далёких стран, франц. учёного Г. Ронделе, итал. - И. Сальвиани - о рыбах и мор. животных, и особенно франц. натуралиста П. Белона - о рыбах и птицах, а также о животных Бл. Востока. Белой впервые попытался сопоставить строение птицы и человека, изобразив рядом их скелеты (1555).

Блестящие успехи анатомии в эпоху Возрождения были связаны с внедрением анатомирования человеческого тела в практику как преподавания, так и исследования. Факты несоответствия реальных наблюдений книжным, основанным на авторитете Галена, решился опубликовать флам. учёный А. Везалий в своём труде "О строении человеческого тела" (1543). Опровержение утверждения Галена о наличии пор в стенке сердца, разделяющей его желудочки, показало несостоятельность теории движения крови по Галеиу и подвело к выводу о существовании малого круга кровообращения. Этот вывод сделали исп. учёный М. Сервет (1553), а вслед за ним итал.- Р. Колумб (1559).

Труды анатомов подготовили великое открытие 17 в.- учение У. Гарвея о кровообращении (1628) - образец физиол. исследования на основе количественных измерений и применения законов гидравлики в соответствии с нарождающимся механич. направлением в медицине. Виднейшими представителями ятромеханики были итал. учёные С. Санторио, пытавшийся на себе проверить количественную сторону обмена веществ в теле человека (1614), и Дж. Борелли, стремившийся объяснить законами механики все формы движения животных (1680), в т. ч. мышечное сокращение и пищеварение. Эти объяснения наталкивались на непреодолимые трудности и находились в оппозиции к ятрохимич. направлению (см. Ятрохимия), объяснявшему все жизненные процессы на основе учения о ферментациях (брожениях), развитого в 16 в. нем. врачом и химиком Ф. Парацельсом. Учение о ферментациях объясняло и издавна допускавшееся самозарождение, а также зарождение и развитие, совершающиеся якобы путём смешения семенных жидкостей при оплодотворении. Даже Гарвей, провозгласивший осн. принципом размножения животных положение "всё из яйца" (1651), допускал самозарождение для низших животных, у к-рых не были обнаружены яйца. Эксперименты итал. учёного Ф. Реди (1668), показавшего, что "самозарождение" личинок мух в гниющем мясе объясняется развитием последних из отложенных мухами яиц, в то время ещё не решили окончательно вопроса.

С созданием микроскопа (17 в.) возможности изучения живых существ расширились и углубились. Плеяда блестящих микроскопистов открывает клеточное и волокнистое строение растений (англ, учёный Р. Гук, 1665; итал.- М. Мальпиги, 1675-79; англ.-Н. Грю, 1671-82), мир микроскопических существ, эритроциты и сперматозоиды (голл.- А. Левен-гук, 1673 и позже), изучает строение и развитие насекомых (Мальпиги, 1669; голл.- Я. Сваммердам, 1669 и позже), движение крови в капиллярах (Мальпиги, 1661), обнаруживает яйца у рыб и фолликулы в яичниках млекопитающих, принимаемые за яйца (дат.-Н. Стено, 1667: голл.- Р. де Грааф, 1672), устанавливает половые различия у растений (англ.- Т. Миллингтон, 1676; нем. -Р. Камерариус, 1694). Эти открытия привели к возникновению двух ошибочных направлений в эмбриологии - овистов и анималькулистов (сперматистов), отрицавших участие одного из полов в оплодотворении. Обе точки зрения сходились на том, что истинного развития в действительности не происходит, но, по одной, в яйце, по другой, в сперматозоиде заключён готовый миниатюрный зародыш будущего организма (см. Преформизм). Теория эпигенеза, сформулированная Аристотелем и Гарвеем, была отклонена как наивная и механистическая.

Искусств, системы растений попытались построить англ, учёный Дж. Рей, описавший в своей "Истории растений" (1686-1704) св. 18 тыс. растений, сгруппированных в 19 классов, и франц.-Ж. Турнефор, распределивший их по 22 классам (1700). Рей определил понятие "вид" и, использовав труды англ, учёного Ф. Уиллоби, дал классификацию позвоночных, осн. на анатомо-физиол. признаках (1693).

18 век. Всеобъемлющую для того времени "Систему природы" (1735), осн. на признании неизменности изначально сотворённого мира, предложил швед, натуралист К. Линней. Свою систему растений, названную им "сексуальной", он построил, исходя из числа тычинок и др. признаков цветков. Его классификация животных была более естественной и строилась с учётом их внутренних особенностей. Линней выделил класс млекопитающих, в к-рый он правильно включил китов, а также человека, отнесённого им вместе с обезьянами к отряду приматов. Огромная заслуга Линнея - введение бинарной номенклатуры с двойным наименованием (по роду и виду) каждой формы растений и животных. Искусств, система Линнея не удовлетворяла мн. ботаников, пытавшихся найти "естественную" систему растений, в соответствии с их сходством и "сродством". Франц. ботаник Б. Жюсьё осуществил её (1759) лишь в виде насаждений в Королевском саду в Трианоне (Версаль), а франц. учёный М. Адансон пытался создать естеств. систему семейств растений (1763). Завершил эти попытки франц. ботаник А. Л. Жюсьё в своём труде "Роды растений, расположенные по естественным порядкам" (1789). Враждебную позицию по отношению ко всяким системам, в т. ч. и Линнея, занял франц. натуралист Ж. Бюффон. Его "Естественная история", 36 тт. к-рой он успел опубликовать (1749-88), включает описание не только животных и человека, но и минералов и историю прошлого Земли. Бюффон искал единства в плане строения животных, строил догадки о прошлом животного мира и пытался объяснить сходство близких форм их происхождением друг от друга. Т. о., трансформизм Бюффона был ограниченным, но и от него он был вынужден отречься под угрозой отлучения от церкви (1751). Идеи Бюффона относительно размножения и развития организмов имели большое значение для опровержения учения о преформации. Они знаменовали возврат к учению о двух семенных жидкостях, участвующих в оплодотворении (1749). Бюффон пытался возродить и антич. концепцию пангенезиса, утверждая, что в семенной жидкости собираются "органические молекулы", представляющие все части тела. Развитие особи франц. учёный П. Мопертюи (1744) и Бюффон объясняли силами притяжения и отталкивания между органич. молекулами. Возрождению учения об эпигенезе больше всех способствовал рус. акад. К. Ф. Вольф (1759-68). Развитие он объяснял действием некоей "существенной силы", обеспечивающей движение питат. соков в зародышах. Вольф приписывал этой силе физич. свойства притяжения и отталкивания, по аналогии с силой тяготения (1789). Т. о., это была не виталистич. концепция, а своеобразная реакция на "механическую" медицину. Начало этому положил нем. врач и химик Г. Шталь, противопоставивший свою теорию анимизма (1708) концепциям человека-машины, управляемой флюидами. Приписывая "душе" управление всей жизнедеятельностью организма, он исходил из фактов зависимости физиол. реакций от нервно-психич. воздействий. Его учение о "жизненном тонусе", берущее начало от принципа "раздражимости" (англ, учёный Ф. Глиссон, 1672), получило дальнейшее развитие в учении нем. физиолога А. Галлера о раздражимости (1753). Экспериментально показав различие между сократимостью мышечных волокон и способностью нервов и мозга проводить раздражения, Галлер приписал их действию двух "сил", присущих самим волокнам и тканям организма. Вслед за Галлером чеш. анатом и физиологи. Про-хаска допускает наличие единой "нервной силы", обеспечивающей без участия мозга как восприятие возбуждения, так и передачу его двигательным органам (1784). Такое же истолкование получили и сенсационные опыты итал. учёного Л. Гальвани, обнаружившего "животное электричество" (1791), что привело в дальнейшем к развитию электрофизиологии (нем. физиолог А. Гумбольдт, 1797; итал.- К. Маттеуччи, 1840; нем.-Э. Дюбуа-Реймон, 1848).

В области физиологии дыхания много сделали англ, учёный Дж. Пристли, показавший (1771-78) в опытах на растениях, что они выделяют газ, способствующий горению и необходимый для дыхания животных, а также франц.-А. Лавуазье, П. Лаплас и А. Сеген, выяснившие свойства кислорода в окислит, процессах и роль его в дыхании и образовании животного тепла (1787-90). Роль солнечного света в способности зелёных листьев выделять кислород, используя углекислый газ из воздуха, установили голл. врач Я. Ингенхауз (1779), швейц. учёные Ж. Сенебье (1782) и Н. Соссюр (1804). В кон. 18 в. начинают широко изучать вещества, выделяемые из животных и растений, закладывая тем самым основы будущей органич. химии (открытие мочевины, холестерина, органич. кислот и др.).

Рус. акад. И. Кёльрёйтер окончательно доказал наличие пола у растений, а своими работами по гибридизации показал участие в оплодотворении и развитии как яйцеклеток, так и пыльцы растений (1761 и позже). В конце века итал. учёный Л. Спалланцани провёл точные опыты, опровергшие возможность самозарождения.

Идеи историч. развития органич. мира всё настойчивее возникают во 2-й пол. 18 в. Ещё нем. философ Г. В. Лейбниц провозгласил принцип градации живых существ и предсказал существование переходных форм между растениями и животными. Открытие швейц. натуралистом А. Трамбле пресноводных полипов (1744) рассматривалось как нахождение таких "зоофитов". Дальнейшее развитие принцип градации получил в идее "лестницы существ" от минералов до человека, к-рая для одних (швейц. натуралист III. Бонне, 1745, 1764) была иллюстрацией идеальной непрерывности в строении существ, а для др. (франц. философ Ж. Б. Робине, 1768; рус. писатель А. Н. Радищев, 1792-1796)-свидетельством реально происшедшего превращения живых существ. Бюффон (1749, 1778) построил смелую гипотезу об истории Земли, длительность к-рой он исчислял в 80-90 тыс. лет и делил на 7 периодов; лишь в последние периоды появляются на Земле растения, затем животные и, наконец, человек. Бюффон допускал превращение одних форм в другие под влиянием климата, почвы и питания. Мопертюи (1750) высказывал догадки о роли элиминации форм, не приспособленных к существованию.

19 век. Эволюционно истолковал "лестницу существ" франц. учёный Ж. Б. Ла-марк, нарисовав в "Философии зоологии" (т. 1-2, 1809) путь совершенствования живых существ от низших к высшим, совершающийся, как он полагал, на основе внутреннего, присущего организмам стремления к прогрессу (принцип градации). Внешняя среда вызывает отклонения от "правильной" градации и определяет приспособление видов к условиям существования либо прямым воздействием (растения и низшие животные), либо через упражнение и неупражнение органов в связи с изменением привычек (животные с нервной системой). При несомненной прогрессивности для своего времени (преодоление креационизма, обоснование эволюции живых существ под влиянием естественных причин) в понимании механизмов эволюции теория Ламарка была натурфилософской концепцией с явными элементами идеализма (внутреннее стремление к прогрессу, роль усилий животных в изменениях, всегда целесообразное и наследств, изменение признаков под прямым воздействием условий и др.) (см. Ламаркизм).

Теорию Ламарка критиковали многие, в т. ч. основоположник сравнит, анатомии и палеонтологии животных франц. учёный Ж. Кювье. Для объяснения историч. смены живых форм и исчезновения мн. из них он выдвинул учение о катастрофах, претерпеваемых органич. миром под влиянием геологич. катаклизмов (1825). Законченный креационистский характер придал катастроф теории последователь Кювье франц. биолог А. д'Орбиньи (1849). франц. учёный Э. Жоффруа Сент-Илер пытался обосновать натур-филос. учение о "единстве плана строения" животных, к-рое он в дальнейшем объяснял общностью их происхождения. По его представлениям, эволюц. изменения происходят внезапно в результате прямых воздействий внешней среды; особенно резкие изменения претерпевают животные в эмбриональный период. Эти идеи нашли отражение и во взглядах рус. учёного К. Ф. Рулье, значительно углубившего их и предвосхитившего их подлинное эволюц. истолкование. Попытки Жоффруа обосновать единый план строения животных вызвали резкую оппозицию со стороны Кювье, противопоставившего ему учение о 4 типах строения. В публичной дискуссии (1830) Кювье одержал верх, надолго утвердив во Франции антиэволюционные концепции.

Наибольшее влияние на Б. натурфилос. направления, корни к-рых уходят в 18 в., оказали в Германии. Нем. философы и естествоиспытатели также обосновывали учение о единстве плана строения организмов. Так, И. В. Гёте утверждал существование "идеи органа" и типов "прарастения" и "праживотного" (1782 -1817); Л. Окен считал, что в основе строения и развития всех живых существ лежит "пузырёк" или инфузория (1805). Наиболее плодотворной идеей нем. натурфилософов был принцип параллелизма между онтогенезом и филогенезом (К. Кильмейер, 1793; И. Меккель, 1811), ставший впоследствии отправной точкой при формулировке биогенетического закона.

Подлинное науч. подтверждение идея развития организмов нашла в эмбриологич. исследованиях рус. академиков X. И. Пандера (1817) и К. М. Бэра (1827) о зародышевых листках, в обосновании Бэром принципов сравнит, эмбриологии (1828-37) и в создании нем. биологом Т. Шванном (1839) единой для всего органич. мира клеточной теории. Учение о единстве клеточного строения всех живых существ сыграло огромную роль в развитии гистологии, эмбриологии и клеточной физиологии. На его основе простейшие были признаны одноклеточными организмами (нем. учёный К. Зибольд, 1848); нем. учёный А. Кёлликер (1844), рус.-Н. А. Варнек (1850) и особенно нем.-Р. Ремак (1851-55) разработали целлюлярную эмбриологию; нем. патолог Р.Вирхов создал "целлюлярную патологию" и провозгласил принцип "всякая клетка от клетки" (1858); нем. учёные М. Шульце и Э. Брюкке выдвинули (1861) понятие о клетке как "элементарном организме", осн. частями к-рого являются протоплазма и ядро.

Большие успехи были достигнуты в сер. 19 в. в области физиол. химии, гл. обр. благодаря трудам нем. учёного Ю. Либиха и франц. - Ж. Б. Буссенго, к-рые установили особенности питания растений и его отличие от питания животных, сформулировав принцип круговорота веществ в природе. Либих разделил все вещества, входящие в состав живых существ, на белки, жиры и углеводы, выяснил мн. хим. процессы обмена веществ, в т. ч. образование жиров из углеводов. Нем. учёный Ф. Вёлер впервые синтезировал органич. вещества - щавелевую к-ту (1824) и мочевину (1828); однако и он и Либих допускали наличие некоей "жизненной силы" как причины жизненных явлений. Необходимость этого допущения разделяли и такие крупные физиологи того времени, как нем.- И. Мюллер и нек-рые др. Полностью отказались от него лишь франц. физиолог К. Бернар и нем.- К. Людвиг, Э. Дюбуа-Реймон и Г. Гельмгольц. Бернар выяснил роль секретов различных желез в пищеварении (1843, 1847), доказал синтез гликогена в печени (1848), обосновал понятие "внутр. среды" организма и сформулировал осн. принципы экспериментальной физиологии и медицины. Людвиг, Дюбуа-Реймон и Гелъмгольц разработали осн. физиол. методы исследования нервно-мышечной системы и органов чувств. В России достойным их преемником явился И. М. Сеченов, установивший торможение спинномозговых рефлексов центрами головного мозга (1863) и заложивший основы ма-териалистич. понимания высшей нервной деятельности ("Рефлексы головного мозга").

Работы франц. учёного Л. Пастера (раскрытие роли микроорганизмов в процессах брожения, 1857-64), имевшие выдающееся значение для пищевой пром-сти, с. х-ва и др., позволили окончательно опровергнуть учение о самозарождении организмов (1860-64). В дальнейшем он показал роль микроорганизмов в инфекционных заболеваниях животных и человека, разработал меры борьбы против бешенства и сибирской язвы с помощью защитных прививок (см. Иммунитет). Природу процессов брожения, вызывавшую споры между сторонниками физико-химич. (Либих) и микробиологич. (Пастер) её объяснения, окончательно раскрыл нем. учёный Э. Бухнер, выделим из дрожжевых грибов фермент зимазу (1897). Этим было положено начало новой науке - энзимологии (см. Ферменты). Рус. врач Н. И. Лунин доказал (1881) наличие в пищевых продуктах витаминов, позже назв. так польским учёным К. Функом (1912). В кон. 19 в. были достигнуты первые успехи в изучении химии белков и нуклеиновых к-т (нем. биохимики Ф. Мишер, Э. Фишер, Э. Абдергальден и др.). Принципиальное значение для установления круговорота азота, серы и железа в природе имело обнаружение рус. микробиологом С. Н. Виноградским (1887-91) бактерий, способных образовывать путём хемосинтеза (открытого Виноградским) органические вещества из неорганических. Основоположник вирусологии Д. И. Ивановский открыл новую форму организации живого -вирусы (1892).

Крупнейшим завоеванием 19 в. было эволюционное учение Ч. Дарвина, изложенное им в труде "Происхождение видов..." (1859). Он дал опирающееся на огромное число фактов из биогеографии, палеонтологии, сравнит, анатомии и эмбриологии доказательство эволюц. развития органич. мира. Предложив теорию естественного отбора, он раскрыл и механизм органич. эволюции, дал причинный анализ движущих факторов эволюц. процесса. Огромное филос. значение дарвинизма состояло и в материалистич. разрешении проблемы органич. целесообразности. Учение Дарвина не только окончательно изгнало из Б. креационизм и телеологию, но и внедрило в мышление биологов историч. подход ко всем явлениям жизни. Это способствовало разработке ряда новых направлений в Б.: эволюционной сравнит, анатомии (нем. учёный К. Гегенбаур), эволюц. эмбриологии (рус. биологи А. О. Ковалевский, И. И. Мечников), эволюционной палеонтологии (В. О. Ковалевский). На этой же основе был сформулирован биогенетический закон (нем. учёные Ф. Мюллер, 1864; Э. Геккель, 1866 и позже) и разработан ряд филогенетич. обобщений. С развитием эволюц. учения огромный размах получили зоо- и фитогеография (англ, учёные Ф. Склетер и А. Уоллес, рус.- Н. А. Северцов и А. Н. Бекетов, нем.- А. Гризебах и А. Энглер, дат.- Э. Варминг и мн. др.). Большую роль в пропаганде дарвинизма сыграли в Англии Т. Гексли, в Германии Э. Геккель. В России крупнейший вклад в пропаганду и развитие эволюционной теории внесли К. А. Тимирязев и целая плеяда сравнит, анатомов, эмбриологов, палеонтологов (М. А. Мензбир, В. М. Шимкевич, А. Н. Северцов, П. П. Сушкин, М. В. Павлова, А. А. Борисяк и др.).

Учение о естественном отборе быстро получило самое широкое признание. Однако невыясненность закономерностей изменчивости и наследственности служила источником расхождений в толковании факторов эволюции. К кон. 19 в. возникли различные направления неодарвинизма, неоламаркизма, а также откровенно антиэволюционистские тенденции.

Попытки раскрыть механизмы наследственности умозрительно (англ, учёные Г. Спенсер, 1864, Ч. Дарвин, 1868, Ф. Гальтон, 1875; нем.- К. Негели, 1884, А. Вейсман, 1883-92; голл.- X. де Фриз, 1889, и мн. др.) не увенчались успехом. Лишь Г. Менделю удалось установить осн. закономерности наследственности (1865). Однако его работа осталась незамеченной, и лишь успехи цитологии и эмбриологии подготовили её переоткрытие (1900) и правильную оценку в 20 в. Первым шагом в этом направлении было раскрытие тонких процессов распределения хромосом при клеточном делении - митозе (франц. биолог А. Шнейдер, 1873; рус.- И. Д. Чистяков, 1874; польск.- Э. Страсбургер, 1875; нем.- В. Флемминг, 1882, и др.). Далее были выяснены процессы оплодотворения, созревания гамет и явление редукции хромосом (см. Мейоэ) сначала у животных (нем. биолог О. Гертвиг, 1875; белы.- Э. ван Бенеден, 1875-1884; нем.- Т. Бовери, 1887-1888), а затем и у растений (рус.- И. Н. Горожанкин, 1880-1883; рус.- С. Г. Навашин, 1898; франц.-Л. Гиньяр, 1899).

В 80-х гг. 19 в. большое развитие получила экспериментальная эмбриология, названная первоначально "механикой развития" (нем. эмбриолог В. Ру, 1883 и позже). Выяснение роли внешних и внутренних факторов в развитии, а также взаимоотношения частей зародыша привело вскоре к большим теоретич. спорам и частично к возрождению витализма (нем. биолог X. Дриш и др.).

20 век характеризуется развитием новых биологических дисциплин и подъёмом исследований в "классических" отраслях Б., в т. ч. на основе дальнейшей специализации или интеграции старых разделов. Особенно интенсивно развиваются в 20 веке генетика, цитология, физиология животных и растений, биохимия, эмбриология, эволюц. учение, экология, учение о биосфере, а также микробиология, вирусология, паразитология и мн. др. отрасли Б.

Отправным пунктом развития генетики стал менделизм, подкреплённый рядом обобщений, в т. ч. мутационной теорией голл. учёного X. де Фриза (1901-03), сыгравшей, несмотря на ошибочность мн. положений, важную роль в подготовке синтеза генетики и теории эволюции. Были разработаны понятия ген, генотип, фенотип (дат. учёный В. Иогансен, 1909), обоснована хромосомная теория наследственности (амер. учёные Т. X. Морган, А. Стёртевант, Г. Дж. Мёллер, К. Брид-жес и др.). Важное методологич. значение приобрёл вопрос о причинах возникновения наследств, изменений - мутаций. Доказательства влияния на мутационный процесс физич., а затем и химич. факторов (рус. учёные Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов, 1925, В. В. Сахаров, 1932, и др. и особенно амер. учёные Г. Дж. Мёллер, 1927, Л. Стедлер, 1928, и др.) окончательно опровергли автогенегич. концепции (см. Автогенез) генетиков, подчёркивавших самопроизвольный характер возникновения мутаций, и твёрдо обосновали материалистич. трактовку мутагенеза.

Биохимич. природа генов и матричный принцип их воспроизведения сначала постулировались чисто теоретически в форме представления о "наследственных молекулах" (Н. К. Кольцов, 1927 и позже). В дальнейшем с помощью явлений трансдукции и трансформации у микроорганизмов удалось доказать, что носителями генетич. информации являются нити дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), заключённые в хромосомах (1944). Эти открытия положили начало молекулярной генетике. Выяснение структуры молекул ДНК (амер. учёный Дж. Уотсон и англ.- Ф. Крик, 1953) и разработка методов их выделения из вирусов и бактерий позволили добиться синтеза ДНК in vitro на основе ДНК фага. Оказалось, что синтезированная ДНК обладает такой же инфекционно-стью, как и исходная ДНК фага (амер. учёный А. Корнберг, 1967).

На основе внедрения в Б. методов физики, химии, математики и др., а также успехов в области познания структуры белков, закономерностей их синтеза, передачи и осуществления наследств, факторов расширяется круг исследований на молекулярном уровне. Расшифрована последовательность расположения аминокислот св. чем в 200 белках, выяснены их вторичная структура и способ укладки полипептидных нитей в молекуле белка. На гигантских хромосомах из клеток слюнной железы дрозофилы была доказана нуклеопротеидная структура хромосом. Удалось очистить вирус табачной мозаики, показав нуклеопротеидную структуру вирусов и фагов.

Науки, изучающие индивидуальное развитие организмов, также добились значит, успехов: разработаны методы экспериментального партеногенеза и андрогенеза, изучена детерминация развития частей и органов зародыша [учения о "градиентах" (амер. учёный Ч. Чайлд, 1915 и позже), об "организаторах" (нем.- X. Шпеман, 1921 и позже)], заложены основы сравнит.-эмбриологич. направления в Б. развития (рус.-Д. П. Филатов). Важные достижения имеются в регуляции процессов восстановления тканей и органов (см. Регенерация) и их пересадке (см. Трансплантация), что имеет большое значение для восстановит, хирургии. Глубже изучены иммунология групп крови, свойства и структура антител, вырабатываемых организмом в ответ на вторжение антигенов.

Значит, успехи достигнуты в физиологии и биохимии животных: учение об условных рефлексах, разработанное И. П. Павловым; бурное развитие нейрофизиологии: изучение физиологии и биохимии мышечного сокращения; выделение и всестороннее исследование ферментов, определяющих направление и скорость различных процессов биосинтеза, и осуществление с их помощью синтеза гормонов (инсулин и др.), витаминов, ферментов (рибонуклеаза и др.) и иных биологически активных веществ. Физиология растений добилась успехов в познании химии фотосинтеза, в изучении участвующих в нём пигментов и прежде всего хлорофилла, к-рый удалось искусственно синтезировать. Есть успехи в изучении роста и развития растений, напр, выделены и частично синтезированы нек-рые гормоны роста (ауксины, гиббереллины).

Многие исследования, в т. ч. и сов. биологов, имели не только теоретич., но и важное прикладное значение, напр, для медицины или с. х-ва. Таковы учение о трансмиссивных заболеваниях и природной очаговостн Е. Н. Павловского, капитальные труды по паразитологии В. А. Догеля, В. Н. Беклемишева и К. И. Скрябина, закон гомологич. рядов в наследственной изменчивости и учение о центрах происхождения культурных растений Н. И. Вавилова и мн. др.

Существенное развитие получила эволюц. теория. Так, в 20-30-х гг. был осуществлён синтез дарвинизма и генетику Вскрытие роли в эволюции популяций как мутационного процесса, так и динамики численности и изоляциях при направляющем действии отбора, позволило разработать совр. эволюционные представления, подкрепляющие, углубляющие и развивающие дарвинизм. Теоретич. анализ этих процессов дали рус. учёный С. С. Четвериков (1915, 1926), амер.- С. Райт (1921-32), англ.-Дж. Б. С. Холдейн (1924-32) и Р. Фишер (1928-30). Изучение природных популяций подтвердило правильность этого анализа и раскрыло сущность микроэволюции - процессов, протекающих на уровне до видообразования. Выделение микро- и макроэволюц. уровней способствовало разработке теории факторов эволюции (сов. биолог И. И. Шмальгаузен и др.), обоснованию главных типов эволюции и вычленению из них в качестве основных - ароморфозов и идиоадаптаций (А. Н. Северцов), развитию представлений о темпах и формах эволюции.

Большие успехи достигнуты в изучении закономерностей образа жизни организмов и их связи со средой обитания, т. е. в экологии как особей и популяций, так и сложных сообществ (биоценозов и экосистем). Выявлены закономерности связи условий среды с распределением организмов в пространстве и времени; особенности сложной структуры популяций и биоценозов; факторы, определяющие динамику численности популяций, и др. фундаментальные зависимости. Созданы концепции трофич. уровней, цепей питания, жизненных форм, эколо-гич. ниш, биологич. продуктивности и связанных с ней понятий и представлений. Крупнейшим достижением Б. является создание сов. учёными В. И. Вернадским биогеохимии и учения о биосфере (1926) и В. Н. Сукачёвым - биогеоценологии, к-рые составят науч. основу взаимоотношений человечества со средой своего обитания - биосферой Земли.

Развитие большинства из упомянутых и др. важных направлений совр. Б. было подготовлено в СССР науч. деятельностью мн. выдающихся биологов. Помимо названных, следует вспомнить имена биохимиков А. Н. Баха, В. С. Гулевича, А. Р. Кизеля, В. И. Палладина, Я. О. Парнаса, Д. Н. Прянишникова; физиологов В. М. Бехтерева, Н. Е. Введенского, Л. А. Орбели, А. Ф. Самойлова, А. А. Ухтомского; микробиологов Б. Л. Исаченко, В. Л. Омелянского, В. О. Таусона; ботаников В. Л. Комарова, С. П. Костычева, Н. А. Максимова; зоологов Л. С. Берга, Н. М. Книповича, В. М. Шимкевича; гистологов, эмбриолотов и генетиков С. Н. Давиденкова, М. М. Завадовского, А. А. Заварзина, С. Г. Левита, А. С. Серебровского, Ю. А. Филипченко, Н. Г. Хлопина и мн. др., оставивших крупные науч. школы.

Однако развитие Б. в СССР отмечено ле только периодами успехов и открытий. В 1936 и 1939 имел место ряд острых дискуссий по методологич. проблемам теоретич. Б. В ходе этих дискуссий подверглись резкой, субъективистской критике нек-рые положения генетики и дарвинизма и основанные на них принципы селекции. Группа учёных (Т. Д. Лысенко и др.) отстаивала ошибочные, механистические взгляды на природу наследственности, видообразования, естественного отбора, органич. целесообразности и др. Эти взгляды были декларированы как развитие науч. наследия выдающегося сов. селекционера И. В. Мичурина и назв. "мичуринской биологией" и "творческим дарвинизмом". После сессии ВАСХНИЛ (1948) обстановка особенно обострилась, исследования ряда направлений общей биологии полностью прекратились. Всё это создало почву для распространения непроверенных фактов и гипотез (учение о неклеточном "живом веществе", скачкообразное "порождение" видов, "превращение" вирусов в бактерии и др.). Отрицат. роль сыграли также дискуссии по физиологии (Объединённая сессия АН и АМН СССР, 1950), по эволюционной морфологии (1953). Всё это сильно затормозило развитие в СССР генетики, эволюционного учения, цитологии, молекулярной Б., физиологии, эволюционной морфологии, систематики и др. отраслей Б. Коренная нормализация положения произошла в октябре 1964, когда были предприняты меры по восстановлению и развитию совр. генетического и др. направлений (созданы соответствующие ин-ты, организовано Всесоюзное об-во генетиков и селекционеров, резко усилена подготовка специалистов в этих областях). Это обеспечивает активное участие сов. Б. в бурном развитии мирового естествознания, на передовых рубежах к-рого во 2-й пол. 20 в. находится Б.

Уровни организации и изучения жизненных явлений

Для живой природы характерно сложное, иерархич. соподчинение уровней организации её структур. Вся совокупность органич. мира Земли вместе с окружающей средой образует биосферу, к-рая складывается из биогеоценозов - областей с характерными природными условиями, заселённых определёнными комплексами (биоценозами) организмов; биоценозы состоят из популяций - совокупностей животных или растит, организмов одного вида, живущих на одной территории; популяции состоят из особей; особи многоклеточных организмов состоят из органов и тканей, образованных различными клетками; клетки, как и одноклеточные организмы, состоят из внутриклеточных структур, к-рые строятся из молекул. Для каждого из выделенных уровней характерны свои закономерности, связанные с различными масштабами явлений, принципами организации, особенностями взаимоотношения с выше-и нижележащими уровнями. Каждый из уровней организации жизни изучается соответств. отраслями совр. Б.

На молекулярном уровне биохимией, биофизикой, молекулярной биологией, молекулярной генетикой, цитохимией, мн. разделами вирусологии, микробиологии изучаются физ.-хим. процессы, осуществляющиеся в живом организме. Исследования живых систем на этом уровне показывают, что они состоят из низко- и высокомолекулярных органич. соединений, практически не встречающихся в неживой природе. Наиболее специфичны для жизни такие биополимеры, как белки, нуклеиновые кислоты и полисахариды, а также липиды (жироподобные соединения) и составные части их молекул (аминокислоты, нуклеотиды, простые углеводы, жирные к-ты и др.). На молекулярном уровне изучают синтез и репродукцию, распад и взаимные превращения этих соединений в клетке, происходящий при этом обмен веществом, энергией и информацией, регуляцию этих процессов. Уже выяснены осн. пути обмена, важнейшая особенность к-рых - участие биол. катализаторов -белков-ферментов, строго избирательно осуществляющих определённые хим. реакции. Изучено строение ряда белков и нек-рых нуклеиновых к-т, а также мн. простых органич. соединений. Показано, что хим. энергия, освобождающаяся в ходе биол. окисления (гликолиз, дыхание), запасается в виде богатых энергией (макроэргических) соединений, в основном аденозинфосфорных кислот (АТФ и др.), и в дальнейшем используется в требующих притока энергии процессах (синтез и транспорт веществ, мышечное сокращение и др.). Крупный успех Б.-открытие генетического кода. Наследственные свойства организма "записаны" в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) четырьмя видами чередующихся в определённой последовательности мономеров-нуклеотидов. Способность молекул ДНК удваиваться (самокопироваться) обеспечивает их воспроизведение в клетках организма и наследственную передачу от родителей к потомкам. Реализация наследственной информации происходит при участии синтезируемых на матричных молекулах ДНК молекул рибонуклеиновой кислоты -РНК, к-рые переносятся от хромосом ядра на специальные внутриклеточные частицы - рибосомы, где и осуществляется биосинтез белка. Т. о., закодированная в ДНК наследственность контролирует через белки-ферменты как структурные белки, так и все осн. свойства клеток и организма в целом.

Биол. исследования на молекулярном уровне требуют выделения и изучения всех видов молекул, входящих в состав клетки, выяснения их взаимоотношений друг с другом. Для разделения макромолекул используются их различия в плотности и размерах (ультрацентрифугирование), зарядах (электрофорез), адсорбционных свойствах (хроматография). Взаимное прострайственное расположение атомов в сложных молекулах изучают методом рентгеноструктурного анализа. Пути превращения веществ, скорости их синтеза и распада исследуют путём введения соединений, содержащих радиоактивные атомы. Важным методом является также создание искусственных модельных систем из выделенных клеточных компонентов, где частично воспроизводятся процессы, идущие в клетке. (Все биохимич. процессы в клетке происходят не в однородной смеси веществ, а на определённых клеточных структурах, создающих пространственную разобщённость различных одновременно протекающих реакций.)

При переходе к исследованию клеточных структур, состоящих из определённым образом подобранных и ориентированных молекул, Б. поднимается на следующий уровень организации жизни -клеточный. На этом уровне цитология, гистология и их подразделения (кариология, цитогенетика, цито- и гистохимия, цитофизиология и др.), а также мн. разделы вирусологии, микробиологии и физиологии изучают строение клетки и внутриклеточных компонентов, а также связи и отношения между клетками в разных тканях и органах. Клетка -осн. самостоятельно функционирующая единица структуры многоклеточного организма. Мн. организмы (бактерии, водоросли, грибы, простейшие) состоят из одной клетки, точнее, являются бесклеточными. Свойства клетки определяются её компонентами, осуществляющими различные функции. В ядре находятся хромосомы, содержащие ДНК и, следовательно, ответственные за сохранение я передачу дочерним клеткам наследственных свойств. Энергетич. обмен в клетке -дыхание, синтез АТФ и др.- происходит гл. обр. в митохондриях. Поддержание хим. состава клетки, активный транспорт веществ в неё и из неё, передача нервного возбуждения, форма клеток и характер их взаимоотношений определяются структурой клеточной оболочки. Совокупность клеток одного типа образует ткань, функцией, сочетание неск. тканей-орган. Строение и функции тканей и органов в основном определяются свойствами специализированных клеток.

Исследованиями на клеточном уровне выяснены осн. компоненты клетки, строение различных клеток и тканей и их изменения в процессах развития. При изучении клеток в световом микроскопе, позволяющем видеть детали порядка 1 мкм, для большей контрастности изображения применяют разные методы фиксации, приготовления тонких прозрачных срезов, их окраски и др. (см. Микроскопия). Локализацию в клетке различных хим. веществ и ферментов выявляют цветными гистохимич. реакциями, места синтеза макромолекул -авторадиографией. Электронная микроскопия позволяет различать структуры порядка 5-10 А, т. е. вплоть до макромолекул, хотя описание их строения часто затруднено из-за недостаточной контрастности изображения. Функция внутриклеточных компонентов изучают, выделяя их из разрушенных (гомогенизированных) клеток осаждением в центрифугах с различными скоростями вращения. Свойства клеток исследуют также в условиях длительного культивирования их вне организма (см. Культуры тканей), пользуясь микроманипуляторами и методами микрургии, производят обмен ядрами между клетками, слияние (гибридизацию) клеток и т. д.

На уровне целого организма изучают процессы и явления, происходящие в особи (индивидууме) и определяющие согласованное функционирование её органов и систем. Этот уровень исследуют физиология (в т. ч. высшей нервной деятельности), эндокринология, иммунология, эмбриология, экспериментальная морфология и мн. др. отрасли Б. Для создания общей теории онтогенеза особенно интересны исследования, направленные на вскрытие причинных механизмов становления биол. организации, её дифференцировки и интеграции, реализации генетич. информации в онтогенезе. На этом уровне изучают также механизмы работы органов и систем, их роль в жизнедеятельности организма, взаимные влияния органов, нервную, эндокринную и гуморальную регуляцию их функций, поведение животных, приспособительные изменения и т. д. В организме функции разных органов связаны между собой: сердца - с лёгкими, одних мышц - с другими и т. д. В значит, мере эта взаимосвязь (интеграция) частей организма определяется функцией желез внутренней секреции. Так, поджелудочная железа и надпочечники через гормоны - инсулин и адреналин - регулируют накопление гликогена в печени и уровень сахара в крови. Эндокринные железы связаны друг с другом по принципу обратной связи - одна железа (напр., гипофиз) активирует функцию другой (напр., щитовидной железы), в то время как та подавляет функцию первой. Такая система позволяет поддерживать постоянную концентрацию гормонов и тем самым регулировать функцию всех органов, зависящих от этих желез. Ещё более высокий уровень интеграции обеспечивается нервной системой с её центральными отделами, органами чувств, чувствительными и двигательными нервами. Посредством нервной системы организм получает информацию от всех органов и от внешней среды; эта информация перерабатывается центр, нераной системой, регулирующей функции органов и систем и поведение организма.

Среди применяемых на этом уровне методов широкое распространение получили электрофизиологические, состоящие в отведении, усилении и регистрации биоэлектрических потенциалов. Эндокринная регуляция изучается в основном биохимич. методами (выделение и очистка гормонов, синтез их аналогов, изучение биосинтеза и механизмов действия гормонов и др.). Исследования высшей нервной деятельности животных и человека включают её моделирование, в т. ч. с применением средств кибернетики, а также экспериментальный анализ поведения (предъявление задач, выработка условных рефлексов и т. д.).

На популяционно-видовом уровне соответствующие отрасли Б. изучают элементарную единицу эволюц. процесса - популяцию, т. е. совокупность особей одного вида, населяющую определенную территорию и в б. или м. степени изолированную от соседних таких же совокупностей. Подобная составная часть вида способна длительно существовать во времени и пространстве, самовоспроизводиться (посредством репродукции входящих в неё особей) и трансформироваться (посредством преимущественного размножения тех или иных групп особей, различающихся в генетич. отношении). В ряду поколений протекает процесс изменения состава популяции и форм входящих в неё организмов, приводящий в итоге к видообразованию и эволюционному прогрессу. Единство популяции определяется потенциальной способностью всех входящих в её состав особей скрещиваться (панмиксия), а значит -и обмениваться генетич. материалом. Половое размножение, характерное для большинства обитателей Земли, обеспечивает как общность морфо-генетич. строения всех сочленов популяции, так и возможность многократного увеличения генетич. разнообразия посредством комбинации наследственных элементов. Изоляция одной популяции от других делает возможным существование в процессе эволюции такого "разнообразного единства". Для организмов, размножающихся бесполым путём (посредством вегетативного размножения, партеногенеза или апомиксиса), морфо-физиологич. единство популяций определяется опять-таки общностью их генетич. состава. Однако в отношении таких бесполых, вегетативно или простым делением размножающихся организмов в строгой форме не применимо понятие вида. Изучение состава и динамики популяции неразрывно связано и с молекулярным, и с клеточным, и с организменным подходами. При этом генетика своими методами изучает характер распределения наследственных особенностей в популяциях; морфология, физиология, экология и др. отрасли Б. исследуют популяцию своими методами. Т. о., популяция и вид как целое могут служить объектами исследования самых разных отраслей Б.

На биогеоценотическом и биосферном уровне объектом изучения биогеоценологии, экологии, биогеохимии и др. отраслей Б. служат процессы, протекающие в биогеоценозах (часто наз. экосистемами) - элементарных структурных и функциональных единицах биосферы. Каждая популяция существует в определённой среде и составляет часть многовидового сообщества -биоценоза, занимающего определённое местообитание - биотоп. В этих сложных комплексах живых и косных компонентов первичными продуцентами органич. вещества служат фотосинтсзирующие растения и хемосинтезирующие бактерии. Т. о., биогеоценозы - это те "блоки", в к-рых протекают вещественно-энерге-тич. круговороты, вызванные жизнедеятельностью организмов и в сумме составляющие большой биосферный круговорот. В структурно-энергетич. смысле биогеоценоз - открытая, относительно стабильная система, имеющая вещественно-энергетич. "входы" и "выходы", связывающие между собой смежные биогеоценозы в цепи. Обмен веществ между биогеоценозами осуществляется в газообразной, жидкой, твёрдой фазах и, по выражению В. И. Вернадского, в своеобразной форме живого вещества (динамика популяций растений и животных, миграции организмов и т. п.). С биогеохимич. точки зрения миграции вещества в цепях биогеоценозов могут рассматриваться как серии сопряжённых процессов рассеивания и концентрирования вещества в организмах, почвах, водах и атмосфере.

Важное практич. значение приобрело во 2-й пол. 20 в. изучение биологической продуктивности биогеоценозов (первичной - утилизации энергии солнечной радиации посредством фотосинтеза, и вторичной - использования гетеротрофными организмами энергии, запасённой автотрофными организмами). Необходимость самостоятельного изучения биогеоценотич. (биосферного) уровня организации живого обусловливается тем, что биогеоценозы - среда, в к-рой протекают любые жизненные процессы на нашей планете. На этом уровне проводятся комплексные исследования, охватывающие взаимоотношения входящих в биогеоценоз биотич. и абиотич. компонентов, выясняющие миграции живого вещества в биосфере, пути и закономерности протекания энергетич. круговоротов. Такой широкий подход, дающий возможность, в частности, предвидеть последствия хоз. деятельности человека, получает распространение и в форме Биологической программы международной, призванной координировать усилия биологов мн. стран.

Концентрация биол. исследований по уровням организации живого предполагает взаимодействие различных отраслей Б., что чрезвычайно продуктивно, т. к. обогащает смежные биол. науки новыми идеями и методами.

Некоторые проблемы современной биологии

Совр. Б. изобилует узловыми проблемами, решение к-рых может оказать революционизирующее влияние на естествознание в целом и прогресс человечества. Это мн. вопросы молекулярной Б. и генетики, физиологии и биохимии мышц, желез, нервной системы и органов чувств (память, возбуждение, торможение и др.); фото- и хемосинтез, энергетика и продуктивность природных сообществ и биосферы в целом; коренные философско-методологич. проблемы (форма и содержание, целостность и целесообразность, прогресс) и др. Более детально рассмотрены лишь нек-рые из них.

Строение и функции м а к р о м о л е к у л. Важные в биол. отношении макромолекулы обычно имеют полимерную структуру, т. е. состоят из мн. однородных, но не одинаковых мономеров. Так, белки образованы 20 видами аминокислот, нуклеиновые кислоты - 4 видами нуклеотидов, полисахариды состоят из моносахаридов. Последовательность мономеров в биополимерах наз. их первичной структурой. Установление первичной структуры - начальный этап изучения строения макромолекул. Уже определена первичная структура мн. белков, нек-рых видов РНК. Разработка методов определения последовательности нуклеотидов в длинных цепях РНК и, особенно, ДНК -важнейшая задача молекулярной Б. Цепочка биополимеров обычно свёрнута в спираль (вторичная структура); молекулы белков ещё и сложены определённым образом (третичная структура) и часто соединяются в макромолекулярные комплексы (четвертичная структура). Каким образом первичная структура белка определяет вторичную и третичную структуры, как третичная и четвертичная структуры белков-ферментов определяют их каталитич. активность и специфичность действия - ещё недостаточно выяснено. Молекулы белка присоединяются к мембранам, объединяются с липидами и нуклеиновыми к-тами в надмолекулярные структуры, образуя путём "самосборки" внутриклеточные компоненты. Методами рентгеноструктурного анализа установлена третичная структура нек-рых белков (напр., гемоглобина), исследовано функциональное строение мн. ферментов. Дальнейшее изучение структуры макромолекул и понимание того, как эта структура определяет их сложные и многообразные функции,-одна из ключевых проблем совр. Б. Регуляция функций к л е т к и. Характерные черты процессов, происходящих в живой системе,- их взаимная согласованность и зависимость от регуляторных механизмов, обеспечивающих поддержание относит, стабильности системы даже при меняющихся условиях среды. Регуляция внутриклеточных процессов молсет достигаться изменением набора и интенсивности синтеза ферментных и структурных белков, влиянием на ферментативную активность, изменением скорости транспорта веществ через оболочку клетки и др. биол. мембраны. Синтез белка зависит от синтеза молекул РНК, переносящих информацию с соответствующего гена -участка ДНК. Т. о., "включение" гена -начало синтеза на нём молекулы РНК, - одно из мест регуляции синтеза белка. Пока только для бактерий вскрыта одна из схем регуляции усвоения цитат, веществ из среды, достигаемая включением и выключением генов, определяющих синтез необходимых ферментов. Молекулярный механизм включения генов (в особенности у многоклеточных организмов) не выяснен, и это остаётся первоочередной задачей молекулярной Б. Скорость синтеза белка может, по-видимому, регулироваться и непосредственно на месте синтеза - на рибосомах. Иная, более оперативная система регуляции основана на изменении ферментативной активности, что достигается взаимодействием тех или иных веществ с молекулой фермента и обратимой модификацией её третичной структуры. Если фермент катализирует начальную реакцию в цепи хим. превращений, а вещество, подавляющее его активность, - конечный продукт этой цепи, то устанавливается система обратной связи, автоматически поддерживающая постоянную концентрацию конечного продукта. Скорость хим. процессов в клетке может зависеть и от темпа поступления в клетку, её ядро, в митохондрии соответствующих веществ или скорости их выведения, что определяется свойствами биол. мембран и ферментов. В связи с отсутствием полного представления о регуляции внутриклеточных процессов над этой проблемой работают мн. исследователи.

Индивидуальное развитие организмов. У организмов, размножающихся половым путём, жизнь каждой новой особи начинается с одной клетки - оплодотворённого яйца, к-рое многократно делится и образует множество клеток; в каждой из них находится ядро с полным набором хромосом, т. е. содержатся гены, ответственные за развитие всех признаков и свойств организма. Между тем пути развития клеток различны. Это означает, что в процессе развития каждой клетки в ней работают только те гены, функция к-рых необходима для развития данной ткани (органа). Выявление механизма "включения" генов в процессе клеточной дифференци-ровки - одна из осн. проблем Б. развития. Уже известны нек-рые факторы, определяющие такое включение (неоднородность цитоплазмы яйца, влияние одних эмбриональных тканей на др., действие гормонов и т. д.). Синтез белков осуществляется под контролем генов. Но свойства и признаки многоклеточного организма не сводятся к особенностям его белков; они определяются дифференцировкой клеток, различающихся по строению и функции, связям их друг с другом, по образованию разных органов и тканей. Важная и до сих пор не решённая проблема - выяснение механизма дифференцировки на стадии от синтеза белков до появления свойств клеток и их характерных перемещений, приводящих к формированию органов. Возможно, что главную роль в этом процесссе играют белки клеточных оболочек. Создание стройной теории онтогенеза, требующее решения проблемы интеграции дифференцирующихся тканей и органов в целостный организм, т. е. реализации наследственности, окажет революционизирующее действие на мн. разделы Б.

Историческое развитие организмов. Более чем за 100 лет, прошедших со времени появления книги Ч. Дарвина "Происхождение видов...", огромная сумма фактов подтвердила принципиальную правильность построенного им эволюц. учения. Однако мн. важные положения его ещё не разработаны. С эволюционно-генетич. точки зрения популяция может считаться элементарной единицей эволюционного процесса, а устойчивое изменение её наследств, особенностей - элементарным эволюц. явлением. Такой подход позволяет выделить осн. эволюц. факторы (мутационный процесс, изоляция, волны численности, естеств. отбор) и эволюц. материал (мутации). Ещё не ясно, действуют ли только эти факторы на макроэволюцион-ном уровне, т. е. "выше" видообразования, или в возникновении крупных групп организмов (родов, семейств, отрядов и т. д.) участвуют иные, пока неизвестные факторы и механизмы. Возможно, что все макроэволюц. явления сводимы к изменению на внутривидовом уровне (см. Микроэволюция). Решение проблемы специфич. факторов макроэволюции связано со вскрытием механизмов наблюдаемого иногда как бы направленного развития групп, что, возможно, зависит от существования "запретов", накладываемых строением и генетич. конституцией организма. Так, первоначально непринципиальное изменение, связанное с приобретением предками хордовых спинной струны - хорды, впоследствии определило разные пути развития крупных ветвей животного мира: 1) возникновение внутреннего скелета и централизованной нервной системы, развитие головного мозга с преобладанием условных рефлексов над безусловными у позвоночных; 2) возникновение наружного скелета и развитие нервной системы иного типа с преобладанием чрезвычайно сложных безусловнорефлекторных реакций у беспозвоночных. Исследование особенностей "запретов", механизмов их появления и исчезновения в ходе эволюции - важная задача, связанная с решением проблемы "канализации развития" и вскрытием закономерностей эволюции живой природы. Понятие "прогрессивное развитие","прогресс" ныне расчленяется на прогресс морфологич., биологич., групповой, биогеоценотич. и неограниченный. Так, появление в биосфере Земли человека - существа, в к-ром, по образному выражению Ф. Энгельса, "...природа приходит к осознанию самой себя..." (Маркс К. и Энгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 20, с. 357),-результат неограниченного прогресса. Возникновение социальности в живой природе связано с появлением не только человеческого общества, но и сообществ многих насекомых, головоногих моллюсков, некоторых млекопитающих. Вскрытие сложных зависимостей между приобретением в процессе эволюции приспособлений принципиального характера (лежащих на пути неогранич. прогресса) или же частных приспособлений (ведущих к процветанию группы, но не освобождающих её от связей с прежней средой обитания), вскрытие закономерностей, вызывающих появление совершеннейших приспособлений в одних случаях и приводящих к успешному выживанию сравнительно примитивных организмов в других,- всё это важные задачи исследований обозримого будущего.

Особое место занимают проблемы вида и видообразования. Вид - качественно своеобразный этап развития живой природы, реально существующая совокупность особей, объединённых возможностью плодовитого скрещивания (составляющих генетически "закрытую" для особей др. видов систему). С этой точки зрения видообразование - переход генетически открытых систем (популяций) в генетически закрытые. Мн. стороны этого процесса ещё не ясны, что отчасти связано с недостаточной определённостью понятия "вид" в приложении к разным группам организмов. Это неизбежно сказывается на систематике и таксономии - отраслях Б., занятых классификацией и соподчинением видов (отсюда периодически разгорающиеся споры о "реальности" системы и филогении и т. п.). Теоретич. разработку проблем вида и видообразования стимулирует непрерывное пополнение методов систематики новыми подходами и приёмами (напр., биохимич., генетич., математич. и др.).

Происхождение жизни -одна из методологически важных проблем Б., к-рую не снимает ни маловероятное предположение о занесении жизни на Землю из др. миров (см. Биогенез, Панспермия), ни теории о постоянном возникновении жизни на нашей планете во все периоды её истории (см. Абиогенез). Науч. подход здесь состоит в том, чтобы выяснить, в каких условиях зарождалась жизнь на Земле (это произошло неск. млрд. лет назад), и попытаться моделировать процессы, к-рые при этом могли происходить, реконструируя экспериментально последовательные этапы возникновения жизни. Так, на основании данных о физ. и хим. состоянии атмосферы и поверхности Земли в ту эпоху получены теоретич. и экспериментальные доказательства возможности синтеза простейших углеводородов и более сложных органич. соединений - аминокислот и мононуклеотидов, что подтверждает принципиальную вероятность их полимеризации в короткие цепочки - пептиды и олигонуклеотиды. Однако следующий этап происхождения жизни пока не изучен. Существенным для теории было применение понятия естеств. отбора к органич. структурам, находящимся на грани живого и неживого. Естеств. отбор может играть конструктивную роль в эволюции только в применении к саморазмножающимся структурам, способным хранить и многократно воспроизводить содержащуюся в них информацию. Этим требованиям удовлетворяют только нуклеиновые к-ты (преим. ДНК), самокопирование к-рых может происходить лишь при соблюдении ряда условий (наличие мононуклеотидов, подвод энергии и присутствие ферментов, к-рые осуществляют полимеризацию - комплементарно к существующему полинуклеотиду, повторяя тем самым содержащуюся в нём информацию). Самокопирование др. хим. соединений и в иных, более простых условиях пока неизвестно. Осн. трудность теории, т. о., состоит в том, что для удвоения нуклеиновых к-т нужны ферментные белки, а для создания белков нужны нуклеиновые к-ты. После появления первичной саморазмножающейся системы её дальнейшую эволюцию представить уже менее сложно - тут начинают действовать уже открытые Дарвином принципы, которые определяют эволюцию более сложных организмов. Поскольку неизвестен механизм возникновения жизни на Земле, трудно оценить вероятность возникновения жизни во внеземных условиях. Исходя из астрономич. данных о множественности планетных систем во Вселенной и из достаточно высокой вероятности возникновения условий, совместимых с жизнью, мн. учёные допускают множественное возникновение жизни. Однако существует и иная точка зрения, что земная жизнь чрезвычайно редкое, практически уникальное явление в обозримом участке окружающей нас части Галактики (см. Астробиология, Экзобиология).

Биосфера и человечество. Быстрый рост населения земного шара ставит вопрос о границах биол. производительности биосферы Земли. Через 100-200 лет при сохранении совр. способов ведения земного х-ва и тех же темпов роста численности человечества почти половине людей не хватило бы не только пищи и воды, но и кислорода для дыхания. Вот почему в короткий срок, за время жизни 2-3 поколений людей признаётся необходимым, во-первых, организовать строгую охрану природы и ограничивать в разумных пределах мн. промыслы и прежде всего истребление лесов; во-вторых, приступить к обширным мероприятиям, направленным на резкое повышение биол. производительности земной биосферы и интенсификацию биол. круговоротов как в природных, так и в культурных биогеоценозах. Нормально функционирующая биосфера Земли не только снабжает человечество пищей и ценнейшим органич. сырьём, но и поддерживает в равновесном состоянии газовый состав атмосферы, растворы природных вод и круговорот воды на Земле. Т. о., количественный и качественный ущерб, наносимый человеком работе биосферы, не только снижает продукцию органич. вещества на Земле, но и нарушает хим. равновесие в атмосфере и природных водах. При осознании людьми масштабов опасности и разумном отношении к среде своего обитания - биосфере Земли - будущее выглядит иначе. Научная и пром. мощь людей уже достаточно велика для того, чтобы не только разрушать биосферу, но и производить мелиоративные, гидротехнич. и иные работы любого масштаба. Первичная биол. продуктивность Земли связана с использованием солнечной энергии, поглощаемой в ходе фотосинтеза, и энергией, получаемой посредством хемосинтеза первичными продуцентами. Если человечество перейдёт к повышению средней плотности зелёного покрова Земли (для чего имеются технич. возможности), то этим путём на энергетич. входе в биосферу биол. производительность Земли может быть резко, в 2-3 раза, повышена. Этого можно достичь, если в процессе мелиорации и увеличения плотности зелёного покрова повысить участие в нём видов зелёных растений с высоким "коэффициентом полезного действия" фотосинтеза. Для интродукции полезных видов в сообщества растений совершенно необходимо знание условий поддержания и нарушения биогеоценотич. равновесия, иначе возможны биол. катастрофы: хозяйственно опасные "вспышки" численности одних видов, катастрофич. снижение численности др. и т. д. Рационализируя биогеохимич. работу природных и культурных биогеоценозов, поставив на разумную основу охотничьи, зверобойные, рыбные, лесные и др. промыслы, а также введя в культуру из огромного запаса диких видов новые группы микроорганизмов, растений и животных, можно ещё в 2-3 раза повысить биол. производительность и полезную человеку биол. продуктивность биосферы. Огромные возможности открывает и селекция окультуренных микроорганизмов и растений. В ближайшем будущем, когда селекционеры смогут использовать достижения быстро развивающихся совр. молекулярной генетики и феногенетики, успехи этих исследований будут стимулированы развитием и использованием "экспериментальной" эволюции культурных растений, основанной на отдалённой гибридизации, создании полиплоидных форм, получении искусств, мутаций и т. п. Агротехнике также предстоит переход на новые формы, резко повышающие урожай (одно из реальных направлений - переход от монокультур к поликультурам). Наконец, люди ближайшего будущего должны будут научиться улавливать на выходах из биол. круговоротов не малоценные, мелкомолекулярные продукты конечной минерализации органич. остатков, а крупномолекулярное органич. вещество (типа сапропелей). Все эти пути и методы увеличения производительности биосферы лежат в пределах реального для науки и техники предвидимого будущего и наглядно иллюстрируют грандиозные потенциальные возможности развивающегося человеческого общества, с одной стороны, и значение биол. исследований самых разных масштабов и направлений для жизни человечества на Земле - с другой. Все преобразовательные мероприятия, к-рые человек должен проводить в биосфере, невозможны без знания богатства главных форм и их взаимоотношений, что предполагает необходимость инвентаризации животных, растений и микроорганизмов в разных районах Земли, ещё далеко не завершённой. Во мн. крупных группах организмов неизвестен даже качественный состав входящих в группу видов организмов. Развёртывание инвентаризации требует оживления и резкой интенсификации работ по систематике, полевой биологии (ботаника, зоология, микробиология) и биогеографии.

Важное практич. направление биол. исследований в этом плане - изучение среды обитания человека в широком смысле и организация на этой основе рациональных способов ведения нар. х-ва. Это направление исследований связано с охраной природы и ведётся в основном в биогеоценологич. аспекте. К проведению таких исследований, призванных повысить биол. продуктивность Земли и обеспечить оптимальные условия существования на нашей планете для всё более увеличивающегося численно человечества, привлечено внимание прогрессивных биологов всего мира - зоологов и ботаников, генетиков и экологов, физиологов и биохимиков и др.; их деятельность в этом направлении координируется Междунар. биологич. программой.

Значение биологии для сельского и промыслового хозяйства, медицины

Человек как гетеротрофный организм неспособен непосредственно усваивать солнечную энергию, поступающую на Землю. Необходимые для питания белки, жиры, углеводы, витамины человек получает в основном от культурных растений и прирученных животных, используя в одних случаях длинные, в других короткие "цепи" от автотрофов (гл. обр. зелёных растений) до гетеротрофов (животных). Знание законов генетики и селекции, а также физиологич. особенностей культурных видов позволяет совершенствовать агротехнику и зоотехнию, выводить более продуктивные сорта растений и породы животных. Уровень знаний в области биогеографии и экологии определяет возможность и эффективность интродукции и акклиматизации полезных видов, борьбы с вредителями посевов, с паразитами с.-х. животных. Биохимич. исследования позволяют полнее использовать получаемые органич. вещества растит, и животного происхождения. Разработка новых методов селекции, теории гетерозиса (обеспечивающего повышение продуктивности с.-х. животных и растений), получение организмов с заранее заданными свойствами, совершенствование методов биол. борьбы с вредителями, перевод лесного х-ва, звероводства, промыслов (охоты, рыболовства и т. д.) на плановые, научно обоснованные рельсы (что связано с решением ряда проблем, напр, динамики численности, оптимального размера, места и времени промыслового изъятия части популяции и т. д.) - эти и мн. др. задачи могут быть решены только при активном сотрудничестве биологов разных специальностей с практиками с. х-ва, лесного дела, охотоведами, звероводами и др.

Др. важнейший практич. аспект Б.-использование её достижений в медицине. Успехи и открытия Б. определили совр. уровень мед. науки. Дальнейший прогресс медицины также основан на развития Б. Представления о макро- и микроскопич. строении человеческого тела, о функциях его органов и клеток опираются гл. обр. на биол. исследования. Гистологию и физиологию человека, к-рые служат фундаментом мед. дисциплин - патана-томии, патофизиологии и др., изучают как медики, так и биологи. Учение о причинах и распространении инфекционных болезней и принципах борьбы с ними основано на микробиология, и вирусологич. исследованиях. Уже выделено, вероятно, большинство болезнетворных бактерий, изучены пути их переноса и попадания в человеческий организм, разработаны методы борьбы с ними путём асептики, антисептики и химиотерапии. Выделены и исследованы мн. патогенные вирусы, изучаются механизмы их размножения, разрабатываются средства борьбы со многими из них.

Представления о механизмах иммунитета, лежащего в основе сопротивляемости организма инфекциям, также опираются на биол. исследования. Изучена химическая структура антител, исследуются механизмы их синтеза. Особое значение для медицины приобретает исследование тканевой несовместимости - главного препятствия для пересадки органов и тканей. Для подавления иммунной системы организма пользуются рентгеновским облучением и хим. препаратами. Преодоление тканевой несовместимости, не связанное с такими опасными для жизни воздействиями, станет возможным с раскрытием механизмов иммунитета, что осуществимо лишь при широком биол. подходе к проблеме. Подлинная революция в лечении инфекц. заболеваний, служивших в прошлом осн. причиной смертности, связана с открытием антибиотиков. Использование в медицине веществ, выделяемых микроорганизмами для борьбы друг с другом, - крупнейшая заслуга Б. 20 в. Массовое произ-во дешёвых антибиотиков стало возможным лишь после выведения высокопродуктивных штаммов продуцентов антибиотиков, достигнутого методами совр. генетики. С увеличением средней продолжительности жизни людей, обусловленным в значит, мере успехами медицины, возрос удельный вес заболеваний старшего возраста - сердечно-сосудистых, злокачественных новообразований, а также наследственно обусловленных болезней. Это поставило перед совр. медициной новые проблемы, в решении к-рых важная роль принадлежит Б. Так, мн. болезни сосудов объясняются ещё не вполне изученными биохимией и физиологией нарушениями жирового и холестеринового обмена. Над проблемой рака единым фронтом работают цитологи, эмбриолога, генетики, биохимики, иммунологи, вирусологи. Уже есть ряд успехов в этой области (хирургия, радио-и химиотерапия). Однако радикальное решение проблем злокачественного роста, а также регенерации тканей и органов тесно связано с изучением общих закономерностей клеточной дифференцировки.

Результаты исследований биологов используют не только в области с. х-ва и медицины, но и в др. прежде далёких от Б. областях человеческой практики. Яркий тому пример - широкое использование микробиологии в промышленности: получение новых высокоэффективных лекарственных соединений, разработка рудных месторождений с помощью микроорганизмов.

Генетика человека, в т. ч. мед. генетика, изучающая наследственно обусловленные заболевания, становится сейчас важным объектом медико-биологич. исследований. Уже поддаются точному диагнозу болезни, связанные с нарушением числа хромосом. Генетич. анализ позволяет обнаруживать у человека вредные мутации. Борьба с ними ведётся путём лечения и медико-генетич. консультаций и рекомендаций. Разумные пути избавления человечества от вредных мутаций активно обсуждаются в биол. литературе. Всё большее внимание привлекает проблема психич. здоровья человечества, решение к-рой невозможно без глубокого естественно-историч., биологич. анализа возникновения у животных высших форм нервной деятельности, ведущих к психике. Выделение среди биологич. дисциплин этологии - науки о поведении - существенно приближает решение этой сложнейшей и важнейшей проблемы, имеющей не только теоретич., но и философское и методологич. значение.

Связь Б. с с. х-вом и медициной обусловливает не только их развитие, но и развитие Б. Перспективные в практич. отношении области Б. наиболее щедро финансируются обществом. В будущем союз Б. с медициной и с. х-вом, для к-рых Б. служит науч. основой, будет укрепляться и развиваться.

Заключение

Прогресс биол. знания в 20 в., возросшая относительно и абсолютно роль Б. среди др. наук и для существования человечества в целом определяют и иной облик Б. сравнительно с тем, какой она была даже 30-40 лет назад. Накоплению знаний и в новых, и в классич. областях Б. способствуют разработка и применение новых методов и приборов. Так, большой шаг вперёд обусловлен появлением электронной микроскопии, позволившей обнаружить новые ультраструктуры на разных уровнях организации живого. Получили распространение новые методы прижизненных исследований (культуры клеток, тканей и органов, маркировка эмбрионов, применение радиоактивных изотопов и др.), использование физ. и хим. приборов, работающих на повышенных скоростях и частично или полностью автоматизированных (ультрацентрифуги и ультрамикротомы, микроманипуляторы, электрокардиографы, электроэнцефалографы, полиграфы, спектрофотометры, массспектрографы и мн. др.). Растёт число биологич. ин-тов, биостанций, заповедников и нац. парков (играющих важную роль и в качестве "природных лабораторий"); создаются лаборатории, в к-рых можно изучать действия любых комбинаций климатич. и физ.-хим. факторов (биотроны, фитотроны), биологич. учреждения оснащаются электронно-вычислит. машинами; создаются отрасли пром-сти, связанные с биологич. приборостроением; во всё большем числе спец. биологич. ин-тов и на биол. ф-тах ун-тов готовятся кадры высококвалифицированных биологов разных профилей. По уровню биологич. исследований можно судить ныне о материально-технич. развитии общества, т. к. Б. становится реальной производительной силой. Это залог расцвета Б. в будущем, что, несомненно, ознаменуется открытием новых фундаментальных закономерностей живой природы. Само существование человечества в биосфере Земли оказывается тесно связанным с успехами в решении мн. биологич. проблем. Б. становится научной, рациональной основой отношений между человеком и природой. Б. Л. Астауров. А. Е. Гайсинович, А. А. Нейфах, Н. В. Тимофеев-Ресовский, А. В. Яблоков.

Лит.: История - Лункевич В. В., От Гераклита до Дарвина. Очерки по истории биологии, 2 изд., т. 1 - 2, М., I960; История эволюционных учений в биологии, под ред. В. И. Полянского, Ю. И. Полянского М.-Л., 1966; Развитие биологии в СССР, М., 1967; Азимов А., Краткая история биологии, _пер. с англ., М., 1967; N о г-denskiold E., The history of biology, N. Y., 1942; Singer Ch., A history of biology to about the year 1900, 3 ed., L.-N. Y., 1959.

Общие работы - Бауэр Э. С., Теоретическая биология, М.- Л., 1935; Фролов И. Т., Очерки методологии биологического исследования. (Система методов биологии), М., 1965; Бреслер С. Е., Введение в молекулярную биологию, 2 изд., М.-Л., 1966; Обшая биология, под ред. Д. К. Беляева и Ю. Я. Керкиса, М., 1966; Общая биология, под ред. Ю. И. Полянского, М., 1966; Введение в молекулярную биологию, пер. с англ., М., 1967; Вернадский В. И., Биосфера, М., 1967; Винчестер A.M., Основы современной биологии, пер. с англ., М., 1967; Современные проблемы эволюционной теории, под ред. В. И. Полянского и Ю. И. Полянского, Л., 1967; Теоретическая и математическая биология, пер. с англ., М., 1968; Опарин А. И., Жизнь, ее природа, происхождение и развитие, М., 1968; Вилли К., Биология, пер. с англ., 5 изд., М., 1968; Ш м а л ь г а у з е н И. И., факторы эволюции, 2 изд., М., 1968; его же, Кибернетические вопросы биологии, Новосибирск, 1968; его же, Проблемы дарвинизма, Л., 1969; Б е р-н а л Д ж. Д., Возникновение жизни, пер. с англ., М., 1969; Bertalanffy L. von, Theoretische Biologic, Bd 1-2, В., 1932-42; Handbuch der Biologie, hrsg. von L. von Bertalanffy, Potsdam, 1942 - 50; Biologic- generale, P., 1966; Bogen H.-J., Knaurs Buch der modernen Biologie, Munch,-Z., 1967; G a r d i n e r M. S., F 1 e m i s t e r S. C., The principles of general biology, 2 ed., L., 1967; Progress in the theoretical biology, v. 1, N. Y.-L., 1967; Ramsay J. A., The experimental basis of modern biology, Camb.. 1965; Weisz P. В., The science of biology, 3 ed., N. Y., 1967; Huxley J. S., Evolution. The modern synthesis, 2 ed., L., 1963; Die Evolution der Organismen, Bd 1 - 3, Stuttg., 1967.

Словари - The encyclopedia of the biological sciences, N. Y., 1961; Henderson J. F., Henderson W. D., A dictionary of biological terms, 8 ed., Edinb. - L., 1963; Gray P.. The dictionary of biological sciences, N. Y., 1967; Brockhaus ABC Biologie, Lpz., 1967.

Справочники - A I t m a n Ph. L., Dittmar D. S., Biology data book, Wash., 1964.

Библиография - Левин В. Л., Справочное пособие по библиографии для биологов, М.- Л., 1960; Во ur Here F., Elements d'un guide bibliographique du natu-raliste, Mac on - P., 1940 - 41; Bottle R. Т., W у a t t H. V. [eds.], The use of biological literature, Hamden, 1967; "Реферативный журнал Биология* (М., 1954-); "Berichte tiber die wissenschaftliche Biologie" (В., 1926 - ); "Biological abstracts" (Phil., 1926 - ); "Bibliographia biotheoretica" (Leiden, 1936 -); "Bulletin signalethique. 2. Sciences biologiques" (P., 1940 - ); "International Abstracts of Biological Sciences" (L.. 1954 - ); "Bioresearch Titles" (Phil., 1965 - ). Д. В. Лебедев.

БИОЛОГИЯ РАЗВИТИЯ, онтогенетика, раздел биологии, всесторонне изучающий процессы и движущие силы индивидуального, или онтогенетического, развития организма. Б. р.-преемник таких ранее возникших отраслей исследования онтогенеза, как механика развития, или экспериментальная эмбриология, динамика развития, отличавшихся более узким подходом к проблеме и обособленностью от др. биологич. дисциплин. Как самостоят, область исследования Б. р. сформировалась к сер. 20 в. на стыке биохимии, цитологии, генетики, эмбриологии и эксперимент, морфологии. Одним из условий и важных предпосылок, способствовавших синтезу этих ранее обособл. ветвей общей биологии в области проблем индивидуального развития, явилось возникновение и развитие молекулярной биологии. Б. р. занимается комплексным исследованием на всех уровнях организации (молекулярном, клеточном, тканевом и организ-менном) таких сторон процесса развития, как биосинтез, клеточная, эмбриональная и тканевая дифференцировки, органогенез и рост, реализация генетич. информации в ходе онтогенеза, регуляторные механизмы развития, регенерация и др. Б. р. получает всё более широкое развитие как в СССР, так и за рубежом, где в этой области (наз. там developmental biology) работают многие н.-и. ин-ты, издаются журналы, монографии. В СССР центром науч. исследований в этой области является Ин-т биологии развития АН СССР, а осн. печатным органом - журнал "Онтогенез" (с 1970).

М. С. Мицкевич.

БИОЛОКАЦИЯ (от био... и лат. loco -помещаю, расставляю), способность животных определять положение к.-л. объекта по отношению к самому себе (направление, расстояние) или своё положение в пространстве (биоориентация). Б. осуществляется с помощью восприятия внешних воздействий (сигналов) поверхностью тела или спец. органами чувств (зрения, осязания, обоняния, слуха, равновесия и др.). Различают прямую (пассивную) Б., свойственную большинству животных, и эхолокацию, при к-рой воспринимается отражение сигнала (звукового, механич., электрич. и др.), посланного в пространство животным и отражённого к.-л. предметом; такая Б. свойственна китам (напр., дельфинам), летучим мышам и нек-рым др. млекопитающим. Н. П. Наумов.

БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ (от био... и люминесценция), видимое свечение организмов, связанное с процессами их жизнедеятельности; наблюдается у неск. десятков видов бактерий, низших растений (грибов), у нек-рых беспозвоночных животных (от простейших до насекомых включительно), у рыб (см. вклейку, табл. XXII). Б. более широко распространена среди обитателей морей и океанов. Здесь светящиеся организмы иногда размножаются в таком количестве, что вызывают свечение моря. У мн. организмов (бактерии, простейшие, ракообразные, грибы и др.) свечение происходит постоянно и непрерывно, если в окружающей среде есть кислород. У др. Б. происходит отдельными вспышками и связана с условиями жизнедеятельности (голод, период размножения и др.). Биологич. значение Б. различно. Так, у светящихся насекомых вспышки Б. служат сигналом, позволяющим самцам и самкам находить друг друга; у ряда глубоководных рыб - для освещения и приманки добычи; у каракатицы - для защиты от хищников (путём выбрасывания светящейся жидкости) и др. Мн. животные имеют сложно устроенные свечения органы. В нек-рых случаях источником Б. животного являются светящиеся бактерии-симбионты (напр., т. н. несамостоятельное свечение ряда рыб). По механизму Б. относится к хемолюминесценции: свечение возникает при ферментативном окислении кислородом воздуха специфич. веществ люциферинов. За счёт освобождаемой при этом химич. энергии часть молекул люциферина переходит в возбуждённое состояние, при возвращении в осн. состояние они испускают свет. Люциферины, как и ферменты (л ю ц и ф е р а з ы), катализирующие их окисление, различны у организмов разных видов. Так, напр., у бактерий люциферином служит флавинмононуклеотид (рибофлавин-5-фосфат) - кофермент ряда окислит.-восстановит. ферментов. Общее свойство всех люциферинов - способность давать интенсивную флуоресценцию. Выделенный в кристаллич. виде люциферин может быть окислен и химич. путём, но при этом, в отличие от ферментативного окисления в организме, энергия выделяется в виде тепла, а не квантов света.

По степени сложности различают 3 системы Б. организмов. Простейшая, состоящая только из люциферина и люцеферазы, имеется у Cypridina (этот рачок испускает сине-зелёный свет с макс, длиной волны 440-460 им), у рыбы Argon и др. Более сложна светящаяся система бактерий. Здесь, кроме люциферина и люциферазы, имеется ещё длинноцепочеч-ный альдегид, т. е. соединение типа
0352-1.jpg

где R - прямая углеводородная цепочка, содержащая от 7 до 14 атомов углерода. Упрощённая схема реакций Б. в этом случае имеет след, вид:
0352-2.jpg

-> ФМН + Н2О + продукты реакции + свет.

(Здесь ФМН - окисленная форма фла-винмононуклеотида, ФМН * Н2 - его восстановленная форма, Е - фермент лю-цифераза.) Бактерии испускают зелёный свет с макс. длиной волны ок. 560 нм. Наиболее сложна система Б. у насекомых, напр, светляков. Их органы Б. испускают вспышки жёлто-зелёного света (ок.560 нм), вызываемые нервными импульсами. Кроме люциферина и люциферазы, для реакции Б. насекомым необходимы АТФ (см. Аденозинфосфорные кислоты) и магний. Энергия, освобождающаяся при гидролизе АТФ (см. Биоэнергетика), видимо, активирует люциферин-люциферазную систему и обеспечивает окисление люциферина с испусканием света. В отсутствии АТФ эта система не работает.

Предполагают (амер. учёный У. Д. Мак-Элрой и др., 1962), что Б. возникла на стадии перехода от анаэробных форм жизни к аэробным, т. е. когда в первоначальной атмосфере Земли начал накапливаться кислород. Вероятно, для существовавших тогда анаэробных организмов кислород был токсичен и преимущество получили организмы, способные быстро восстанавливать его. При этом в ряде случаев выделение энергии в световой форме было выгоднее, чем в тепловой. У простейших биолюминесцирующих форм энергия, освобождающаяся при окислении субстратов, выделялась в форме света или тепла, т. е. пропадала без пользы для организма. Поэтому в ходе дальнейшей эволюции получили преимущество организмы, у к-рых возник механизм аккумуляции энергии (см. Фосфорилирование окислительное). С появлением таких форм окислительные люминесцентные реакции уже не давали преимуществ при естественном отборе и даже становились вредными. Однако в результате вторичных эволюционных процессов Б. могла сохраниться как рудиментарный признак у отдельных, не связанных друг с другом групп организмов, у к-рых она приобрела иные функции, напр, функции полового сигнала у светляков.

Лит.: Тарасов Н. И., Свечение моря, М., 1956; Мак-Элрой У. Д. и 3 е л н г е р Г. Г., Происхождение н эволюция биолюминесценции, в кн.: Горизонты биохимии, пер. с англ., М,, 1964; Биолюминесценция, [Сб. ст.], М., 1965; Биоэнергетика и биологическая спектрофотометрия, М., 1967. Л. А. Тумерман.

БИОМ (англ, biome, от греч. bi'os -жизнь и лат. -omat-, -oma - окончание, обозначающее совокупность), совокупность видов растений и животных, составляющих живое население данного района. Термин употребляется главным образом в зарубежной экологич. и биогеографич. литературе. К этому понятию близок термин биота, применяемый к более обширным участкам поверхности земли.

БИОМАССА (от био... и масса), общая масса особей одного вида, группы видов или сообщества в целом, приходящаяся на единицу поверхности или объёма местообитания; один из важнейших экологич. терминов. Б. чаще всего выражают в массе сырого или сухого вещества (г/л2, кг/га, г/м3 и т. д.) или в пропорциональных ей единицах (масса углерода или азота органич. веществ тела и др.).

Б. растений наз. фитомассой, Б. животных - зоо массой. По Б. отд. компонентов биоценоза, её распределению в пространстве (напр., по вертикальным ярусам лесных биоценозов, по глубинам или по разным грунтам в водоёмах) и по её сезонным изменениям судят о количеств, соотношениях масс организмов с разным типом питания, о доминировании отд. видов и т. д. В наземных сообществах (лес, степь, тундра и др.) Б. растений значительно превышает Б. растительноядных животных, к-рая, в свою очередь, больше Б. хищников (т. н. пирамида Б.). См. также Фитомасса.

В водной среде растит, организмы представлены гл. обр. одноклеточными водорослями фитопланктона. Б. фитопланктона мала, нередко меньше Б. питающихся за его счёт животных. Это возможно благодаря интенсивному обмену веществ и фотосинтезу одноклеточных водорослей, обеспечивающему высокую скорость прироста фитопланктона. Годовая продукция фитопланктона в наиболее продуктивных водах не уступает годовой продукции лесов, Б. к-рых, отнесённая к той же единице поверхности, в тысячи раз больше. Луговые степи дают больший годовой прирост Б., чем хвойные леса: при ср. фитомассе 23 т/га годовая продукция их 10 т/га, а у хвойных лесов при фитомассе 200 т/га годовая продукция 6 т/га. Популяции мелких млекопитающих, обладающих большой скоростью роста и размножения, при равной Б. дают более высокую продукцию, чем крупные млекопитающие. Т. о., чтобы оценить значение вида или группы видов для круговорота веществ и биологической продуктивности сообщества или экосистемы, нужно знать не только Б. данного компонента, но и относит, скорость её прироста или время полного возобновления, к-рое колеблется у разных организмов от мн. лет (у древесных растений) до неск. часов или даже долей часа (у бактерий и нек-рых простейших при благоприятных условиях роста).

Наиболее высока Б. лесов (500 т/га и выше в тропических лесах, ок. 300 т/га в широколиственных лесах зон умеренного климата). Среди питающихся за счёт растений гетеротрофных организмов наибольшей Б. обладают микроорганизмы - бактерии, грибы, актиномицеты и др.; их Б. в продуктивных лесах достигает неск. т/га. Большая часть общей Б. животных в поясе умеренного климата приходится на почвенную фауну (дождевые черви, личинки насекомых, нематоды, многоножки, клещи и др.). В лесной зоне она составляет сотни кг/га, гл. обр. за счёт дождевых червей (300-900 кг/га). Ср. Б. позвоночных животных достигает 20 кг/га и выше, но чаще остаётся в пределах 3-10 кг/га.

В водной среде наиболее высока Б. крупных прикреплённых водорослей и донных животных (бентоса) на литорали и в сублиторали морей. Напр., Б. зарослей мор. водорослей достигает нескольких кг/м2; на отд. участках (на устричных и мидиевых банках) Б. донных животных также велика. С увеличением глубины Б. бентоса, как и планктона, быстро снижается. На большей части площади дна океана ср. Б. бентоса исчисляется десятыми и даже сотыми долями г/м2. Б. фито- и зоопланктона в малопродуктивных мор. водах не превышает немногих десятков мг/м3или десятых г/м2. В высокопродуктивных районах, занимающих, впрочем, малую долю общей площади океана, Б. зоопланктона достигает 10 г/м2, а Б. фитопланктона в периоды макс, его развития - 100 г/м2 и выше. Озёра сильно различаются по Б. планктона и бентоса. В озёрах ср. продуктивности Б. как фито-, так и зоопланктона обычно 1-2 г/м3, или неск. десятков г/м2. Б. зообентоса часто меньше Б. зоопланктона. В более продуктивных озёрах она достигает 10-30 г/м2, т. е. 100-300 кг/га. Б. рыб в озёрах средней и высокой продуктивности-порядка 75-150 кг/га.

Закономерности географич. распределения и продуцирования Б. интенсивно изучаются в связи с решением вопросов рационального использования биологич. продуктивности и охраны биосферы Земли.

В. И. Вернадский в своём учении о биосфере и геологич. роли живой природы привлёк внимание к определению общей Б. всех форм жизни на Земле. Об этой величине можно судить только по грубым оценкам, подлежащим дальнейшему уточнению. Наиболее велика Б. лесов; так, общий запас древесины исчисляют примерно в 300 млрд. т сухого вещества. Среди наземных животных Б. почвенных животных близка к 0,5 млрд. m сухого вещества, общая Б. всех прочих животных суши на 1-2 порядка величин меньше. Согласно расчётам сов. гидробиолога В. Г. Богорова, общая Б. всех растит, организмов океана - 1,7 млрд. т, животных -32,5 млрд. т сырого вещества, т. е. в круглых цифрах 0,3 и 6 млрд. т сухого вещества. Общая Б. бактерий и других микроорганизмов ещё не поддаётся определению, но, несомненно, она выражается значит, величинами и в биоценозах суши превосходит Б. животных.

Лит.: Зенкевич Л. А., Биология морей СССР, М., 1963; Родин Л. Е. и Базилевич Н. И., Динамика органического вещества и биологический круговорот зольных элементов и азота в основных типах растительности земного шара, М.- Л., 1965; Дювиньо П. и Ганг М., Биосфера и место в ней человека, пер. с франц., М , 1968. Г. Г. Винберг, Ю. И. Чернов.

БИОМЕТРИЯ (от био... и ...метрия), раздел биологии, содержанием к-рого являются планирование и обработка результатов количеств, экспериментов и наблюдений методами математической статистики. При проведении биологич. экспериментов и наблюдений исследователь всегда имеет дело с количеств, вариациями частоты встречаемости или степени проявления различных признаков и свойств. Поэтому без специального статистич. анализа обычно нельзя решить, каковы возможные пределы случайных колебаний изучаемой величины и являются ли наблюдаемые разницы между вариантами опыта случайными или достоверными. Математико-статистич. методы, применяемые в биологии, разрабатываются иногда вне зависимости от биологич. исследований, но чаще в связи с задачами, возникающими в биологии, с. х-ве и медицине.

Б.как самостоятельная дисциплина сложилась к концу 19 в. в результате работ ф. Гальтона (Англия), внёсшего большой вклад в создание корреляционного и регрессионного анализа (см. Корреляция, Регрессия), и К. Пирсона - основателя крупнейшей биометрич. школы, подробно проанализировавшего, в частности, осн. типы распределений, встречающиеся в биологии; он предложил один из самых распространённых статистич. методов -"хи-квадрат" критерий, и развил теорию корреляции. Методология совр. Б. создана гл. обр. Р. А. Фишером (Англия), основавшим свою биометрич. школу. Фишер впервые показал, что планирование экспериментов и наблюдений и обработка их результатов - две неразрывно связанные задачи статистич. анализа. Он заложил основы теории планирования эксперимента, предложил ряд эффективных статистич. методов (в первую очередь, дисперсионный анализ), естественно вытекающих из своеобразия биологич. эксперимента, и развил теорию малых выборок, начатую англ, учёным Стьюдентом (В. Госсетом). Значит, роль в распространении биометрич. идей и методов сыграли рус. учёные В. И. Романовский, А. А. Сапегин, Ю. А. Филипченко, С. С. Четвериков и др.

Применение математико-статистич. методов в биологии по существу представляет выбор нек-рой статистич. модели, проверку её соответствия эксперимент, данным и анализ статистич. и биологич. результатов, вытекающих из её рассмотрения. Выбор той или иной модели в значит, мере определяется биологич. природой эксперимента. Любая модель содержит ряд предположений, к-рые должны выполняться в данном эксперименте; обязательно предположение о случайности выбора объектов из общей совокупности; очень распространено предположение об определённом типе распределения исследуемой случайной величины. Планирование эксперимента стало самостоят, разделом Б., располагающим рядом методов эффективной постановки опыта (различные схемы дисперсионного анализа, последоват. анализ, планирование отсеивающих экспериментов и т. д.). Эти методы позволяют резко сократить объём эксперимента для получения того же кол-ва информации. При обработке результатов экспериментов и наблюдений возникают 3 осн. статистич. задачи: оценка параметров распределения - среднего, дисперсии и т. д. (напр., установление пределов случайных колебаний процента больных, у к-рых наблюдается улучшение состояния при лечении каким-то испытываемым лекарств, препаратом); сравнение параметров разных выборок (напр., решение вопроса, случайна или достоверна разница между средними урожаями изучаемых сортов пшеницы); выявление статистич. связей - корреляция, регрессия (напр., изучение корреляции между размерами или массой разных органов животного или изучение зависимости частоты повреждения клеток от дозы ионизирующих излучений). Для решения экспериментальных задач наиболее эффективно применение методов многомерной статистики, позволяющих одновременно оценить не только влияние неск. разных факторов, но и взаимодействие между ними; эти методы находят всё большее применение и для решения задач систематики. Широкое распространение получили и непараметрические методы, не содержащие предположений о характере распределения случайной величины, но уступающие по эффективности параметрич. методам. В связи с запросами практики интенсивно разрабатываются методы изучения наследуемости, выборочные методы и изучение динамич. процессов (временные ряды).

Работы по Б. публикуются в журналах "Biometrica" (L., 1901 -); "Biometrics" (Atlanta, 1945-); "Biometrische Zeitschrift" (В., 1959-), а также в различных биологич., с.-х. и мед. журналах.

Лит.: Б е й л и Н., Статистические методы в биологии, пер. с англ., М., 1963; Рокицкий П. Ф., Биологическая статистика, 2 изд., Минск, 1967; Снедекор Дж. У., Статистические методы в применении к исследованиям в сельском хозяйстве и биологии, пер. с англ., М., 1961; Урбах В. Ю., Биометрические методы, 2 изд., М., 1964; Финни Д. Д., Применение статистики в опытном деле, пер. с англ., М., 1957; его ж е, Введение в теорию планирования экспериментов, пер. с англ., М., 1970; Фишер Р. А., Статистические методы для исследователей, пер. с англ., М., 1958; X и л л Б., Основы медицинской статистики, пер. с англ., М., 1958; Хикс Ч., Основные принципы планирования эксперимента, пер. с англ., М., 1967; Fisher R. A., The design of experiments, Edinburgh-L., 1960. Н. В. Глотов, А. А. Ляпунов, Н. В. Тимофеев-Ресовский.

БИОМЕХАНИКА (от био... и механика), раздел биофизики, изучающий меха-нич. свойства живых тканей, органов и организма в целом, а также происходящие в них механич. явления. Термином "Б." ранее также наз. отрасль эмбриологии - механику развития, чаще называемую экспериментальной эмбриологией. Обычно термин "Б." применяют к учению о движениях человека и животных. Однако в сер. 20 в. границы исследований по Б. расширились: Б. дыхательного аппарата (см. Дыхание) изучает его эластич. и неэластич. сопротивление, кинематику (т. е. геометрич. характеристику движения) и динамику дыхат. движений, а также др. стороны деятельности дыхат. аппарата в целом и его частей (лёгких, грудной клетки); Б. кровообращения изучает упругие свойства сосудов и сердца, гидравлич. сопротивление сосудов току крови, распространение упругих колебаний по сосудистой стенке, движение крови, работу сердца и др. (см. Гемодинамика); Б. движений, основываясь на данных анатомии и теоретич. механики, исследует структуру органов движения, характер приложения мышечных сил, вызывающих движения в суставах, кинематику сочленений, распределение массы тела по его звеньям, закономерности движения этих звеньев и тела в целом, определяет характер, направление и значение действующих сил. Биомеханич. характеристика движения составляется на основе данных структурного, кинематич. и динамич. анализа. При структурном анализе определяют кол-во степеней свободы кинематич. цепей тела, их характер (открытые, замкнутые); кинематич. анализ даёт характеристику движения (траектории, скорости и ускорения); динамический - выявляет картину взаимодействия внутр. и внеш. сил. Чаще всего задача биомеханич. исследования сводится к определению картины действующих сил по кинематич. характеристикам движения. Это позволяет оценить экономичность движения, степень использования как внеш., так и мышечных сил и судить о механизмах координации и регуляции движений. В этой части Б. тесно соприкасается с физиологией движений. Др. задача биомеханич. исследования - изучение отд. положений тела (стояние, сидение и др.). При этом определяют значения статич. моментов, положение общего центра тяжести тела по отношению к опоре, степень устойчивости тела в данном положении, т. е., по существу, устанавливают и характер взаимодействия внутр. и внеш. сил. Решение таких задач также связано с физиологией, с учением о положении и равновесии тела в пространстве.

В исследованиях по Б. используются разнообразные методы регистрации перемещений, скоростей, ускорений изучаемых движений. Наиболее употребительны оптич. методы: ускоренная киносъёмка, циклография, кимоциклография и др. С их помощью определяют пространств, перемещения тела, перемещения его звеньев друг относительно друга, рассчитывают линейные и угловые скорости и ускорения, действующие силы. Используются в Б. также методы электрич. регистрации механич. величин с помощью механотронов, датчиков угловых перемещений, опорных динамографов.

История Б. Начало исследованиям по Б. было положено итал. учёным Леонардо да Винчи, изучавшим движения человека с позиций анатомии и механики. Значит, влияние на развитие Б. оказал итал. натуралист Дж. Борелли, к-рый рассматривал организм как машину и стремился объяснить дыхание, движение крови и работу мышц с позиций механики. В книге "О движении животных" (1680-81) он даёт механич. анализ движений звеньев тела человека и животных при ходьбе, беге, плавании. Экспериментальное изучение ходьбы человека осуществили нем. учёные Э. и В. Веберы (1836), В. Брауне и О. Фишер (1895), франц. учёный Э. Марей (1894), амер.-У. О. Фенн (1935), X. Элфтмен (1938). Изучению механики живых тканей посвящены работы амер. учёных Ф. Г. Эванса (1957), Г. Фроста (1964); Б. дыхания исследовал амер. учёный Дж. Л. Клеменс (1965), гемодинамику изучали его соотечественники Г. М. Тейлор (1953), Э. О. Эттингер (1964). Развитие Б. в России связано с работами по теоретич. анатомии П. Ф. Лесгафта (1905) и книгой И. М. Сеченова "Очерк рабочих движений человека" (1901), содержащей сводку важнейших биомеханич. характеристик движений человека. Исследования по Б. носили вначале прикладной характер и были направлены на рационализацию рабочего места, рабочей позы, формы инструмента, приёмов работы. Они базировались на методике циклографии и циклограмметрии. Детальные исследования локомоций человека были осуществлены Н. А. Бернштейном и его сотрудниками. Проведён биодина-мич. анализ ходьбы здоровых людей, её эволюции у детей и стариков, а также бега, прыжков, марша.

Практич. значение. Исследования в области Б. представляют существенный интерес для разных областей знаний: физиологии труда и спорта, воен. и клинич. медицины, в т. ч. неврологии, ортопедии, травматологии, протезирования. Так, изучение Б. физич. упражнений и спортивных движений способствует раскрытию основ мастерства и разработке научно обоснованной системы тренировки. Изучение рабочих движений человека даёт возможность оценить экономичность того или иного варианта движений и совершенствовать их структуру. Изучение прочности костей, суставов, связок, упруговязких свойств мышц и др. тканей важно для травматологии и ортопедии, для понимания механизмов действия повреждающих факторов и предупреждения травм.

Значит, интерес представляет Б. для протезирования, являясь основой конструирования протезно-ортопедич. изделий. Мн. характеристики опорно-двигат. аппарата используются при проектировании др. технич. систем (см. Бионика).

Так, данные о структуре и механизмах управления -"живыми кинематич. цепями" со мн. степенями свободы (напр., рука, начиная от ключично-лопаточного сочленения, имеет 33 степени свободы, что обеспечивает возможность чрезвычайно разнообразных движений и поворотов) применяются при создании автоматов-манипуляторов и роботов, используемых в различных областях техники.

Ряд биомеханич. показателей состояния кровообращения (см. Баллистокардиография, Динамокардиография) и дыхания учитывают при диагностике и определении показаний к операциям на сердце и лёгких. Исследования Б. дыхания и кровообращения использованы при создании аппарата "сердце - лёгкие".

Лит.: Сеченов И. М., Очерк рабочих движений человека, М., 1901; Лесгаф т П. Ф., Основы теоретической анатомии, 2 изд., ч. 1, СПБ, 1905; Б е р н-ш т е и н Н. А., Общая биомеханика, М., 1926 (имеется библ.); Исследования по биодинамике локомоций, под ред. Н. А. Бернштейна, М.- Л., 1935; Исследования по биодинамике ходьбы, бега, прыжка, под ред. Н. А. Бернштейна, М., 1940; Николаев Л. П., Руководство по биомеханике в применении к ортопедии, травматологии и протезированию, [ч. 1-2], К., 1947-50; Лёгкие. Клиническая физиология и функциональные пробы, пер. с англ., М., 1961; Weber W., Weber Ed., Mechanik der menschlichen Gehwerkzeuge, Gott., 1836; Pulsatile blood flow, ed. E. O. Attinger, N. Y., 1964; Burton A. C., Physiology and biophysics of the circulation, Chi., 1965; Frost Н. М., An introduction to biomechanics, Springfield (111.), 1967. В. С. Гурфинкелъ.

БИОНАВИГАЦИЯ (от био... и навигация), способность животных выбирать направление движения при регулярных сезонных миграциях (на зимовки или к местам размножения). Обеспечивается способностью к ориентации в окружающем пространстве с помощью органов чувств и наследственно закреплёнными реакциями - инстинктами. Значение инстинктов особенно велико в тех случаях, когда перелёты совершают молодые птицы, ни разу ещё не летавшие па зимовку (см. Перелёты птиц). Помимо пернатых, поразительная способность к Б. присуща нек-рым млекопитающим, совершающим дальние сезонные кочёвки (напр., северным оленям, мор. котикам, китам), а также нек-рым пресмыкающимся (напр., морским черепахам). Огромную роль в выборе правильного направления и пути играет взаимодействие животных в кочующей группе; поэтому, напр., перелёты обычно совершаются стаями. Механизмы Б. весьма разнообразны (астронавигация, навигация по наземным ориентирам и т. п.) и изучены ещё недостаточно. Н. П. Наумов.

БИОНИКА (от греч. bion - элемент жизни, букв.- живущий), наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе анализа структуры и жизнедеятельности организмов. Б. тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками - электроникой, навигацией, связью, мор. делом и др.

Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, к-рый пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц,-орнитоптер. Появление кибернетики, рассматривающей общие принципы управления н связи в живых организмах и машинах, стало стимулом для более широкого изучения строения и функций живых систем с целью выяснения их общности с технич. системами, а также использования полученных сведений о живых организмах для создания новых приборов, механизмов, материалов и т. п. В 1960 в Дайтоне (США) состоялся первый симпозиум по Б., к-рый официально закрепил рождение новой науки.

Осн. направления работ по Б. охватывают следующие проблемы: изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток - нейронов - и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислит, техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики (н е й р о б и о н и к а); исследование органов чувств и др. воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения; изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике; исследование морфологич., физиологич., биохимич. особенностей живых организмов для выдвижения новых технич. и научных идей.

Исследования нервной системы показали, что она обладает рядом важных и ценных особенностей и преимуществ перед всеми самыми совр. вычислит, устройствами. Эти особенности, изучение к-рых очень важно для дальнейшего совершенствования электронно-вычислит. систем, следующие: 1) Весьма совершенное и гибкое восприятие внешней информации вне зависимости от формы, в к-рой она поступает (напр., от почерка, шрифта, цвета текста, чертежей, тембра и др. особенностей голоса и т. п.). 2) Высокая надёжность, значительно превышающая надёжность технич. систем (последние выходят из строя при обрыве в цепи одной или неск. деталей; при гибели же миллионов нервных клеток из миллиардов, составляющих головной мозг, работоспособность системы сохраняется). 3) Миниатюрность элементов нервной системы: при количестве элементов 1010 - 1011 объём мозга человека 1,5 дм3. Транзисторное устройство с таким же числом элементов заняло бы объём в неск. сот, а то и тысяч м3. 4) Экономичность работы: потребление энергии мозгом человека не превышает неск. десятков вт. 5) Высокая степень самоорганизации нервной системы, быстрое приспособление к новым ситуациям, к изменению программ деятельности.

Попытки моделирования нервной системы человека и животных были начаты с построения аналогов нейронов и их сетей. Разработаны различные типы искусств, нейронов (рис. 1). Созданы искусств. "нервные сети", способные к самоорганизации, т. е. возвращающиеся в устойчивые состояния при выводе их из равновесия. Изучение памяти и др. свойств нервной системы - осн. путь создания "думающих" машин для автоматизации сложных процессов производства и управления. Изучение механизмов, обеспечивающих надёжность нервной системы, очень важно для техники, т. к. решение этой первоочередной технической проблемы даст ключ к обеспечению надёжности ряда технических систем (напр., оборудования самолёта, содержащего 105 электронных элементов).

0352-3.jpg

Рис. 1. Схематическое изображение нейрона (слева), его модели (в середине) и электрическая схема искусственного нейрона (справа): 1-тело клетки; 2 - дендриты; 3-аксон; 4-коллатерали; 5- концевое разветвление аксона; Рп, Pi, Р2, P1 - входы нейрона; Sn, S1, S2, S1 - синаптические контакты; Р - выходной сигнал; К - пороговое значение сигнала; R1 - R6, Rm - сопротивления; С13 Сm - конденсаторы; Т1 - Т3 - транзисторы; D - диод.

Исследования анализаторных систем. Каждый анализатор животных и человека, воспринимающий различные раздражения (световые, звуковые и др.), состоит из рецептора (или органа чувств), проводящих путей и мозгового центра. Это очень сложные и чувствительные образования, не имеющие себе равных среди технич. устройств. Миниатюрные и надёжные датчики, не уступающие по чувствительности, напр., глазу, к-рый реагирует на единичные кванты света, термочувствительному органу гремучей змеи, различающему изменения темп-ры в 0,001°С, или электрич. органу рыб, воспринимающему потенциалы в доли микровольта, могли бы существенно ускорить ход технического прогресса и научных исследований .

Через наиболее важный анализатор -зрительный - в мозг человека поступает большая часть информации. С инженерной точки зрения интересны следующие особенности зрит, анализатора: широкий диапазон чувствительности - от единичных квантов до интенсивных световых потоков; изменение ясности видения от центра к периферии; непрерывное слежение за движущимися объектами; адаптация к статичному изображению (для рассматривания неподвижного объекта глаз совершает мелкие колебат. движения с частотой 1-150 гц). Для технич. целей представляет интерес разработка искусств, сетчатки. (Сетчатка- очень сложное образование; напр., глаз человека имеет 108 фоторецепторов, к-рые связаны с мозгом при помощи 106 ганглиозных клеток.) Один из вариантов искусственной сетчатки (аналогичной сетчатке глаза лягушки) состоит из 3 слоев: первый включает 1800 фоторецепторных ячеек, второй -"нейроны", воспринимающие положительные и тормозные сигналы от фоторецепторов и определяющие контрастность изображения; в третьем слое имеется 650 "клеток" пяти разных типов. Эти исследования дают возможность создать следящие устройства автоматического распознавания. Изучение ощущения глубины пространства при видении одним глазом (монокулярном зрении) дало возможность создать определитель глубины пространства для анализа аэрофотоснимков.

Ведутся работы по имитации слухового анализатора человека и животных. Этот анализатор тоже очень чувствителен -люди с острым слухом воспринимают звук при колебании давления в слуховом проходе ок. 10 мкн/м2 (0,0001 дин/см2). Технически интересно также изучение механизма передачи информации от уха к слуховой области мозга. Изучают органы обоняния животных с целью создания "искусственного носа" - электронного прибора для анализа малых концентраций пахучих веществ в воздухе или воде [нек-рые рыбы чувствуют концентрацию вещества в неск. мг/м3 (мкг/л)]. Мн. организмы имеют такие анализаторные системы, каких нет у человека. Так, напр., у кузнечика на 12-м членике усиков есть бугорок, воспринимающий инфракрасное излучение, у акул и скатов есть каналы на голове и в передней части туловища, воспринимающие изменения темп-ры на 0,1°С. Чувствительностью к радиоактивным излучениям обладают улитки и муравьи. Рыбы, по-видимому, воспринимают блуждающие токи, обусловленные электризацией воздуха (об этом свидетельствует уход рыб на глубину перед грозой). Комары двигаются по замкнутым маршрутам в пределах искусственного магнитного поля. Нек-рые животные хорошо чувствуют инфра- и ультразвуковые колебания. Нек-рые медузы реагируют на инфразвуковые колебания, возникающие перед штормом. Летучие мыши испускают ультразвуковые колебания в диапазоне 45-90 кгц, мотыльки же, к-рыми они питаются, имеют органы, чувствительные к этим волнам. Совы также имеют "приёмник ультразвука" для обнаружения летучих мышей.

Перспективно, вероятно, устройство не только технич. аналогов органов чувств животных, но и технич. систем с биологич. чувствительными элементами (напр., глаза пчелы - для обнаружения ультрафиолетовых и глаза таракана -для обнаружения инфракрасных лучей). Большое значение в технич. конструировании имеют т. н. персептроны -"самообучающиеся" системы, выполняющие логич. функции опознавания и классификации. Они соответствуют мозговым центрам, где происходит переработка принятой информации. Большинство исследований посвящено опознаванию зрительных, звуковых или иных образов, т. е. формированию сигнала или кода, однозначно соответствующего объекту. Опознавание должно осуществляться независимо от изменений изображения (напр., его яркости, цвета и т. п.) при сохранении его осн. значения. Такие самоорганизующиеся познающие устройства работают без предварит, программирования с постепенной тренировкой, осуществляемой человеком-оператором; он предъявляет изображения, сигнализирует об ошибках, подкрепляет правильные реакции. Входное устройство персептро-на - его воспринимающее, рецепторное поле; при опознавании зрит, объектов - это набор фотоэлементов.

После периода "обучения" персептрон может принимать самостоят, решения. На основе персептронов создаются приборы для чтения и распознавания текста, чертежей, анализа осциллограмм, рентгенограмм и т. д.

Исследование систем обнаружения, навигации и ориентации у птиц, рыб и др. животных - также одна из важных задач Б., т. к. миниатюрные и точные воспринимающие и анализирующие системы, помогающие животным ориентироваться, находить добычу, совершать миграции за тысячи км (см. Миграции животных), могут помочь в совершенствовании приборов, используемых в авиации, мор. деле и др. Ультразвуковая локация обнаружена у летучих мышей, ряда морских животных (рыб, дельфинов). Известно, что морские черепахи уплывают в море на неск. тысяч км и возвращаются для кладки яиц всегда к одному и тому же месту на берегу. Полагают, что у них имеются две системы: дальней ориентации по звёздам и ближней ориентации по запаху (химизм прибрежных вод). Самец бабочки малый ночной павлиний глаз отыскивает самку на расстоянии до 10 км. Пчёлы и осы хорошо ориентируются по солнцу. Исследование этих многочисленных и разнообразных систем обнаружения может многое дать технике.

Исследование морфологических особен н осте и живых организмов также даёт новые идеи для технич. конструирования. Так, изучение структуры кожи быстроходных водных животных (напр., кожа дельфина не смачивается и имеет эластично-упругую структуру, что обеспечивает устранение турбулентных завихрении и скольжение с минимальным сопротивлением) позволило увеличить скорость кораблей. Создана специальная обшивка - искусств. кожа "ламинфло" (рис. 2), к-рая дала возможность увеличить скорость морских судов на 15-20%. У двукрылых насекомых имеются придатки-жужжальца, которые непрерывно вибрируют вместе с крыльями. При изменении направления полета направление движения жужжалец не меняется, черешок, связывающий их с телом, натягивается, и насекомое получает сигнал об изменении направления полёта. На этом принципе построен жиротрон (рис. 3) - вильчатый вибратор, обеспечивающий высокую стабилизацию направления полёта самолёта при больших скоростях. Самолёт с жиро-троном может быть автоматически выведен из штопора. Полёт насекомых сопровождается малым расходом энергии. Одна из причин этого - особая форма движения крыльев, имеющая вид восьмёрки.

0352-4.jpg
Рис. 2. Искусственная кожа - обшивка "ламинфло": а - боковой I разрез; б - срез через слой палочек по линии АБ; 1 - верхний слой; 2 - средний слой; 3 -гибкие палочки среднего слоя; 4 - пространство между палочками, заполненное демпфирующей жидкостью (чёрного цвета); 5 - нижний слой; б - корпус модели.

0352-5.jpg
Рис. 3. а - схема летящей мухи с колеблющимися по обе стороны тела жужжальцами; б - жужжальце; в - схема жиротрона; ток от генератора посылается попеременно то во внешние, то во внутренние электромагниты, что вызывает колебания вильчатого жировибратора.

Разработанные на этом принципе ветряные мельницы с подвижными лопастями очень экономичны и могут работать при малой скорости ветра. Новые принципы полёта, бесколёсного движения, построения подшипников, различных манипуляторов и т. п. разрабатываются на основе изучения полёта птиц и насекомых, движения прыгающих животных, строения суставов и т. п. Анализ структуры кости, обеспечивающей её большую лёгкость и одновременно прочность, может открыть новые возможности в строительстве и т. п.

Новая технология на основе биохимич. процессов, происходящих в организмах,-также, по существу, проблема Б. В этом плане большое значение имеет изучение процессов биосинтеза, биоэнергетики, т. к. энергетически биологические процессы (напр., сокращение мышц) чрезвычайно экономичны. Одновременно с прогрессом техники, к-рый обеспечивается успехами Б., она приносит пользу и самой биологии, т. к. помогает активно понять и моделировать те или иные биологич. явления или структуры (см. Моделирование). См. также Кибернетика, Биомеханика, Биоуправление.

Лит.: Моделирование в биологии, пер. с англ., под ред. Н. А. Бернштейна, М., 1963; Парин В. В. и Баевский Р. М., Кибернетика в медицине и физиологии, М., 1963; Вопросы бионики. Сб. ст., отв. ред. М. Г. Гаазе-Рапопорт, М., 1967; Мартена В., Бионика, пер. с англ., М., 1967; Крайзмер Л. П., С о ч и в к о В. П., Бионика, 2 изд., М., 1968; Б р а и н е с С. Н., Свечинский В. Б., Проблемы нейроки-бернетики и нейробионики, М., 1968; Библиографический указатель по бионике, М., 1965. Р. М. Баевский.

БИОНОМИЯ (от био... и греч. nomos -закон), отрасль биологии, изучающая образ жизни организмов и их место в экономике природы. Б.- малоупотребительный термин, почти полностью охватываемый понятием экология.

БИОНТ (от греч. bion, род. падеж biontos, букв.- живущий), отдельно взятый организм (индивидуум), приспособившийся в ходе эволюции к обитанию в определённой среде (биотопе). Обычно различают аэробионтов (обитателей суши и воздуха), гидробионтов (водные организмы), геобионтов (обитателей почвы) и паразитов (обитающих в др. организмах). Организмы, способные жить в различных условиях, наз. эврибионтами; организмы, обитающие только в строго определённых условиях,- стенобионтами. Примерами стенобионтов являются - п с а м м о б и о н т ы (обитатели песков), п е т р о б и о н т ы (организмы, живущие на каменистом грунте), ботрибионты (обитатели нор) и т. д.

БИООПТИКА (от био... и оптика), раздел биологии, изучающий совокупность явлений, связанных с использованием живыми организмами света для ориентации (см. Биоориентация). Б. охватывает круг вопросов, рассматриваемых обычно морфологией, физиологией (в т. ч. и нейрофизиологией), оптикой, экологией, этологией.

Определённая ориентация по отношению к источнику света свойственна не только животным, но и растениям и простейшим; нек-рые из простейших уже обладают специализированными органами восприятия света (см. Зрения органы). У высокоорганизованных животных глаз обеспечивает не только восприятие света, но и предметное видение. Глаза могут быть построены по разным принципам. Насекомым и ракообразным свойствен сложный фасеточный глаз, состоящий из мн. омматидиев. В камерных глазах позвоночных животных, головоногих моллюсков, пауков и нек-рых червей оптические элементы - роговица и хрусталик - создают изображение на светочувствительном дне глаза. В глазу морского моллюска гребешка изображение создаётся вогнутым "зеркалом", расположенным позади светочувствительных элементов. Для характеристики глаза как фоторецептора существенны его разрешающая способность, аппарат аккомодации, абсолютная чувствительность, цветоразличение. Наряду со строением, функцией оптич. рецепторного и нервного механизмов глаза и зрительных центров животных, Б. изучает зрительно воспринимаемые средства внутривидового и межвидового общения и сигнализации организмов - световые сигналы; сигнальные раскраски; язык поз, жестов и мимики; предупреждающие и отпугивающие окраски, формы и поведение животных; привлекающие окраски цветов, плодов и ягод. Оптич. средства сигнализации играют огромную роль во мн. ситуациях, требующих от животных координированных действий - в стайной жизни, в согласовании поведения брачных партнёров, родителей и потомства и т. д. Возможность использования зрительного аппарата и его свойства взаимосвязаны с определёнными особенностями среды обитания (интенсивность и спектральный состав освещения, прозрачность воздушной или водной среды и т. д.).

Лит.: Мазохин - Поршняков Г. А., Зрение насекомых, М., 1965; Протасов В. Р., Зрение н ближняя ориентация рыб, М., 1968; Тинберген Н., Поведение животных, пер. с англ., М., 1969.

О. Ю. Орлов.