Антони ван левенгук и его вклад в биологию
Лишь эпоха Возрождения по-настоящему возродила в Европе интерес к естественной истории и физиологии. Проведённый им филогенетический анализ универсальной консервативной молекулы оказался чрезвычайно информативным. Написал трактат по психологии. А теперь представим, какой же ловкостью необходимо было обладать доктору Мальпиги, чтобы, применив для изучения строения отдельных органов и тканей человека сильные лупы «микроскопы» , увеличивающие только до раз, то есть в два раза меньше, чем у Левенгука, увидеть и открыть капиллярное кровоснабжение, а также описать микроскопическое строение ряда тканей и органов растений, животных и человека? В двадцатом веке оформилось новое прикладное направление биологии — биотехнология.
Пожалуй, мои работы иногда слишком сильно похожи на меня. Мне очень сложно избавиться от этого, исключить себя из своих работ. Иначе останется лишь Helvetica на белом фоне. Дизайнер тоже участвует в повествовании. Элементы, которыми мы владеем, не имеют непосредственного отношения к рассказу, но являются способами выражения: типографика, линия, форма, цвет, контраст, масштаб, плотность и так далее.
Мы изъясняемся с помощью своих средств, буквально между строк. Самая прекрасная вещь — это чистый лист бумаги до того, как вы нанесёте на него что-нибудь карандашом или ручкой. Великие события. Левенгук наблюдает «анималькулы» 1 год Эпоха великих открытий Следующее событие. Доисторическое искусство Бесценные источники информации о людях и художественные шедевры. По всей земле в Технологии звукозаписи Изобретя в 1 году фонограф, Томас Эдисон дал миру первый аппарат, способный В области естественной истории наиболее значимыми событиями стали публикация « Системы природы » Карла Линнея и «Всеобщей естественной истории» Жоржа Бюффона.
Исследования Альбрехта фон Галлера и Каспара Фридриха Вольфа значительно расширили знания в области эмбриологии животных и развития растений.
В то время как Галлер придерживался концепции преформизма , Вольф отстаивал идеи эпигенеза. Наблюдения за ранним развитием цыпленка позволили Вольфу на примере образования трубчатой кишки из первоначально плоского зачатка показать, что развитие нельзя свести к чисто количественному росту без качественных преобразований.
Слово «биология» время от времени появлялось в работах естествоиспытателей и до XIX века, однако смысл его был в то время совершенно иным. Карл Линней , например, называл «биологами» авторов, составлявших жизнеописания ботаников. Готфрид Рейнгольд Тревиранус даже вынес его в заглавие научного труда «Biologie; oder die Philosophie der lebenden Natur» Наиболее значимыми событиями первой половины XIX века стали становление палеонтологии и биологических основ стратиграфии, возникновение клеточной теории, формирование сравнительной анатомии и сравнительной эмбриологии, развитие биогеографии и широкое распространение трансформистских представлений.
Центральными событиями второй половины XIX века стали публикация «Происхождения видов» Чарльза Дарвина и распространение эволюционного подхода во многих биологических дисциплинах палеонтологии, систематике, сравнительной анатомии и сравнительной эмбриологии , становление филогенетики, развитие цитологии и микроскопической анатомии, экспериментальной физиологии и экспериментальной эмбриологии, формирование концепции специфического возбудителя инфекционных заболеваний, доказательство невозможности самозарождения жизни в современных природных условиях.
Химики того времени усматривали принципиальное различие между органическими и неорганическими веществами, в частности, в таких процессах как ферментация и гниение.
Со времен Аристотеля они считались специфически биологическими. Однако Фридрих Вёлер и Юстус Либих , следуя методологии Лавуазье , показали, что органический мир уже тогда часто мог быть проанализирован физическими и химическими методами. В году Вёлер химически, то есть без применения органических веществ и биологических процессов, синтезировал органическое вещество мочевину , представив тем самым первое доказательство для опровержения витализма.
Затем было обнаружено каталитическое действие бесклеточных экстрактов ферментов на химические реакции, благодаря чему к концу XIX в. Физиологи, такие как Клод Бернар , с помощью вивисекции и другими экспериментальными методами исследовали химические и физические свойства живого тела, закладывая основы эндокринологии , биомеханики , учения о питании и пищеварении. Во второй половине XIX в.
Главной задачей стали контролируемые изменения жизненных процессов, и эксперимент оказался в центре биологического образования [23]. В XX веке с переоткрытием законов Менделя начинается бурное развитие генетики. К м гг. После Второй мировой войны начинается развитие молекулярной биологии. Во второй половине XX века был достигнут значительный прогресс в изучении жизненных явлений на клеточном и молекулярном уровне.
Де Фриз и другие исследователи независимо друг от друга пришли к пониманию значимости работ Менделя [24]. Вскоре после этого цитологи пришли к выводу, что клеточными структурами, несущими генетический материал, скорее всего являются хромосомы. В — гг. Томас Хант Морган и его группа, работавшая на плодовой мушке дрозофиле, разработала «менделевскую хромосомную теорию наследственности» [25]. Следуя примеру Менделя, они исследовали явление сцепления генов с количественной точки зрения и постулировали, что в хромосомах гены расположены линейно, как бусы на нитке.
Они начали создавать карты генов дрозофилы, которая стала широко используемым модельным организмом сначала для генетических, а затем и молекулярно-биологических исследований [26]. Де Фриз пытался соединить новую генетическую теорию с теорией эволюции. Он первым предложил термин мутация для изменений генов.
В —х годах появилась популяционная генетика. В работах Фишера , Холдейна и других авторов теория эволюции, в конце концов, объединилась с классической генетикой в синтетической теории эволюции [27]. В СССР развитие науки задержалось из-за событий года. Во второй половине XX века идеи популяционной генетики оказали значительное влияние на социобиологию и эволюционную психологию. В х годах для объяснения альтруизма и его роли в эволюции через отбор потомков, появилась математическая теория игр.
Дальнейшей разработке подверглась и синтетическая теория эволюции , в которой появилось понятие о дрейфе генов и других процессах, важных для появления высокоразвитых организмов [28] , которая объясняла причины быстрых эволюционных изменений в исторически короткое время, ранее составлявших базу для «теории катастроф» [29]. В году Луис Альварес предложил метеоритную гипотезу вымирания динозавров [30].
Тогда же в начале х годов были статистически исследованы и другие явления массового вымирания в истории земной жизни [31]. К концу XIX в. В начале XX в. Улучшение техники лабораторных работ, в частности, изобретение хроматографии и электрофореза стимулировало развитие физиологической химии, и биохимия постепенно отделилась от медицины в самостоятельную дисциплину.
В х — х годах Ханс Кребс , Карл и Герти Кори начали описание основных путей метаболизма углеводов: цикла трикарбоновых кислот , гликолиза , глюконеогенеза.
Началось изучение синтеза стероидов и порфиринов. Между ми и ми годами Фриц Липман и другие авторы описали роль аденозинтрифосфата как универсального переносчика биохимической энергии в клетке, а также митохондрий как её главного источника энергии.
Эти традиционно биохимические области исследования продолжают развиваться до сих пор [33]. В связи с появлением классической генетики многие биологи, в том числе, работающие в области физико-химической биологии, пытались установить природу гена.
Для этой цели Фонд Рокфеллера учредил несколько грантов, а чтобы обозначить задачу, глава научного отдела Фонда Уоррен Уивер ещё в году использовал термин молекулярная биология. Он и считается автором наименования этой области биологии [34]. Как и биохимия , смежные дисциплины бактериология и вирусология позже объединённые в виде микробиологии в то время бурно развивались на стыке медицины и других естественных наук.
После выделения бактериофага начались исследования вирусов бактерий и их хозяев [35]. Это создало базу для применения стандартизированных методов работы с генетически однородными микроорганизмами, которые давали хорошо воспроизводимые результаты, и позволило заложить основы молекулярной генетики. Кроме микроорганизмов объектами генетических экспериментов стали мушка дрозофила, кукуруза и хлебная плесень, нейроспора густая , что позволило применять также методы биохимии, а появление электронного микроскопа и высокоскоростных центрифуг позволило пересмотреть даже само понятие «жизнь».
Понятие о наследственности у вирусов, воспроизведение внеядерных нуклеопротеиновых структур усложнили ранее принятую теорию менделевских хромосом [36]. В году Бидл и Тейтем сформулировали свою гипотезу «один ген — один фермент». В году Освальд Эйвери, продолжая работу, начатую Фредериком Гриффитом , показал, что генетическим материалом в хромосомах является не белок, как думали ранее, а ДНК. В году этот результат был подтвержден в эксперименте Херши — Чейз , и это был лишь один из многих важных результатов, достигнутых так называемой фаговой группой Дельбрюка.
В своей статье « Molecular structure of Nucleic Acids » «Молекулярная структура нуклеиновых кислот» они заявили: «От нашего внимания не укрылось то, что специфическое спаривание, которое мы постулировали, одновременно позволяет сделать предположение о механизме копирования генетического материала» [37]. Когда через несколько лет механизм полуконсервативной репликации был подтвержден экспериментально, большинству биологов стало ясно, что последовательность оснований в нуклеиновой кислоте каким-то образом определяет и последовательность аминокислотных остатков в структуре белка.
Но идею о наличии генетического кода сформулировал не биолог, а физик Георгий Гамов. Расшифровка генетического кода заняла несколько лет. Эта работа была выполнена главным образом Ниренбергом и Кораной и закончена к концу х годов [38]. Тогда же Перуц и Кендрю из Кембриджа [39] впервые применили рентгеноструктурный анализ в сочетании с новыми возможностями вычислительной техники для исследования пространственной структуры белков [40].
Жакоб и Моно из Института Пастера исследовали строение lac оперона и открыли первый механизм регуляции генов. К середине х годов основы молекулярной организации метаболизма и наследственности были установлены, хотя детальное описание всех механизмов только начиналось [41] [42]. Методы молекулярной биологии быстро распространялись в другие дисциплины, расширяя возможности исследований на молекулярном уровне [43].
Особенно это было важно для генетики , иммунологии , эмбриологии и нейробиологии , а идеи о наличии «генетической программы» этот термин был предложен Жакобом и Моно по аналогии с компьютерной программой проникли и во все остальные биологические дисциплины [44]. В иммунологии в связи с достижениями молекулярной биологии появилась теория клональной селекции, которую развивали Ерне и Бёрнет [45].
В биотехнологии появление генной инженерии , начиная с х годов, привело к появлению широкого спектра продуцентов новых продуктов, в частности, лекарственных препаратов, таких как треонин и инсулин.
Генетическая инженерия основана прежде всего на применении техники рекомбинантных ДНК , то есть таких молекул ДНК, которые искусственно перестроены в лаборатории путём рекомбинации их отдельных частей генов и их фрагментов. Для разрезания ДНК применяют специальные ферменты рестриктазы , которые были открыты в конце х годов. Сшивание кусков ДНК катализирует другой фермент, лигаза.
Так можно получить и ввести в бактерии ДНК, содержащую, например, ген резистентности к определённому антибиотику. Если бактерия, получив рекомбинантную ДНК, переживет трансформацию , она начнет размножаться на среде, содержащей данный антибиотик, и это будет обнаружено по появлению колоний трансгенного организма [46].
Принимая во внимание не только новые возможности, но и потенциальную угрозу от применения таких технологий в частности, от манипуляций с микроорганизмами, способными переносить гены вирусного рака научное сообщество ввело временный мораторий на научно-исследовательские работы с рекомбинантными ДНК до тех пор, пока в году на специальной конференции не были выработаны рекомендации по технике безопасности при такого рода работах [47].
После этого наступил период бурного развития новых технологий. К концу х годов появились методы определения первичной структуры ДНК , химического синтеза коротких фрагментов ДНК олигонуклеотидов , введения ДНК в клетки человека и животных трансфекция [48].
Чтобы работать с генами человека и животных, необходимо было разобраться с различиями в устройстве генов прокариот и эукариот. Эта задача была в целом решена благодаря открытию сплайсинга [49].
К м годам определение первичных последовательностей белков и нуклеиновых кислот позволило использовать их как признаки для систематики и особенно кладистики ; так появилась молекулярная филогенетика. К г на основании сравнительного анализа нуклеотидных последовательностей 16S рРНК Карл Вёзе предложил новую систему живых существ: царство монер было разделено на два домена эубактерий и архей , а остальные четыре царства протист, грибов, растений и животных — объединены в один домен эукариот [50].
Появление в х годах техники ПЦР значительно упростило лабораторную работу с ДНК и открыло возможность не только для открытия новых ранее неизвестных генов, но и для определения всей нуклеотидной последовательности целых геномов , то есть для исчерпывающего описания структуры всех генов организма [51].
В х годах эта задача была в целом решена в ходе выполнения международного проекта « Геном человека » [52].
