Сегодня трудно представить себе научную деятельность человека без микроскопа. Микроскоп широко применяется в большинстве лабораторий медицины и биологии, геологии и материаловедения.
Полученные с помощью микроскопа результаты необходимы при постановке точного диагноза, при контроле над ходом лечения. С использованием микроскопа происходит разработка и внедрение новых препаратов, делаются научные открытия.
Микроскоп - (от греческого mikros - малый и skopeo - смотрю), оптический прибор для получения увеличенного изображения мелких объектов и их деталей, не видимых невооруженным глазом.
Глаз человека способен различать детали объекта, отстоящие друг от друга не менее чем на 0,08 мм. С помощью светового микроскопа можно видеть детали, расстояние между которыми составляет до 0,2 мкм. Электронный микроскоп позволяет получить разрешение до 0,1-0,01 нм.
Изобретение микроскопа, столь важного для всей науки прибора обусловлено, прежде всего, влиянием развития оптики. Некоторые оптические свойства изогнутых поверхностей были известны еще Евклиду (300 лет до н.э.) и Птоломею (127-151 гг.), однако их увеличительная способность не нашла практического применения. В связи с этим первые очки были изобретены Сальвинио дели Арлеати в Италии только в 1285 г. В 16 веке Леонардо да Винчи и Мауролико показали, что малые объекты лучше изучать с помощью лупы.
Первый микроскоп был создан лишь в 1595 году Захариусом Йансеном (Z. Jansen). Изобретение заключалось в том, что Захариус Йансен смонтировал две выпуклые линзы внутри одной трубки, тем самым, заложив основы для создания сложных микроскопов. Фокусировка на исследуемом объекте достигалось за счет выдвижного тубуса. Увеличение микроскопа составляло от 3 до 10 крат. И это был настоящий прорыв в области микроскопии! Каждый свой следующий микроскоп он значительно совершенствовал.
В этот период (XVI в.) датские, английские и итальянские исследовательские приборы постепенно начали свое развитие, закладывая фундамент современной микроскопии.
Быстрое распространение и совершенствование микроскопов началось после того, как Галилей (G. Galilei), совершенствуя сконструированную им зрительную трубу, стал использовать ее как своеобразный микроскоп (1609-1610), изменяя расстояние между объективом и окуляром.
Позднее, в 1624 г., добившись изготовления более короткофокусных линз, Галилей значительно уменьшил габариты своего микроскопа.
В 1625 г. членом Римской "Академии зорких" ("Akudemia dei lincei") И. Фабером был предложен термин "микроскоп" . Первые успехи, связанные с применением микроскопа в научных биологических исследованиях, были достигнуты Гуком (R. Hooke), который первым описал растительную клетку (около 1665 г.). В своей книге "Micrographia" Гук описал устройство микроскопа.
В 1681 г. Лондонское королевское общество в своем заседании подробно обсуждало своеобразное положение. Голландец Левенгук
(A. van Leenwenhoek) описывал изумительные чудеса, которые открывал своим микроскопом в капле воды, в настое перца, в иле реки, в дупле собственного зуба. Левенгук с помощью микроскопа обнаружил и зарисовал сперматозоиды различных простейших, детали строения костной ткани (1673-1677).
"С величайшим изумлением я увидел в капле великое множество зверюшек, оживленно двигающихся во всех направлениях, как щука в воде. Самое мелкое из этих крошечных животных в тысячу раз меньше глаза взрослой вши."
Лучшие лупы Левенгука увеличивали в 270 раз. С ними он увидел впервые кровеносные тельца, движение крови в капиллярных сосудах хвоста головастика, полосатость мускулов. Он открыл инфузории. Он впервые погрузился в мир микроскопических одноклеточных водорослей, где лежит граница между животным и растением; где движущееся животное, как зеленое растение, обладает хлорофиллом и питается, поглощая свет; где растение, еще прикрепленное к субстрату, потеряло хлорофилл и заглатывает бактерии. Наконец, он видел даже бактерии и в великом разнообразии. Но, разумеется, тогда не было еще и отдаленной возможности понять ни значение бактерий для человека, ни смысла зеленого вещества - хлорофилла, ни границы между растением н животным.
Открывался новый мир живых существ, более разнообразный и бесконечно более оригинальный, чем видимый нами мир.
В 1668 г. Е. Дивини, присоединив к окуляру полевую линзу, создал окуляр современного типа. В 1673 г. Гавелий ввел микрометрический винт, а Гертель предложил под столик микроскопа поместить зеркало. Таким образом, микроскоп стали монтировать из тех основных деталей, которые входят в состав современного биологического микроскопа.
В середине 17 столетия Ньютон
открыл сложный состав белого света и разложил его призмой. Рёмер доказал, что свет распространяется с конечной скоростью, и измерил ее. Ньютон высказал знаменитую гипотезу - неверную, как вам известно,- о том, что свет есть поток летящих частиц такой необычайной мелкости и частоты, что они проникают через прозрачные тела, как стекло через хрусталик глаза, и, поражая ретину ударами, производят физиологическое ощущение света. Гюйгенс впервые заговорил о волнообразной природе света и доказал, как естественно она объясняет и законы простого отражения и преломления, и законы двойного лучепреломления в исландском шпате. Мысли Гюйгенса и Ньютона встретились в резком контрасте. Таким образом, в XVII в. в остром споре действительно встала проблема о сущности света.
Как разгадка вопроса сущности света, так и усовершенствование микроскопа подвигались вперед медленно. Спор между идеями Ньютона и Гюйгенса продолжался целое столетие. К представлению о волновой природе света примкнул знаменитый Эйлер. Но решен был вопрос лишь через сто с лишним лет Френелем талантливым исследователем, какого знала наука.
Чем отличается поток распространяющихся волн - идея Гюйгенса - от потока несущихся мелких частиц - идея Ньютона? Двумя признаками:
1. Встретившись, волны могут взаимно уничтожиться, если горб одной ляжет на долину другой. Свет + свет, сложившись вместе, могут дать темноту. Это явление интерференции , это кольца Ньютона, непонятые самим Ньютоном; с потоками частиц этого быть не может. Два потока частиц - это всегда двойной поток, двойной свет.
2. Через отверстие поток частиц проходит прямо, не расходясь в стороны, а поток волн непременно расходится, рассеивается. Это дифракция .
Френель доказал теоретически, что расхождение во все стороны ничтожно, если волна мала, но все же и эту ничтожную дифракцию он обнаружил и измерил, а по ее величине определил длину волны света. Из явлений интерференции, которые так хорошо известны оптикам, полирующим до "одного цвета", до "двух полос", он также измерил длину волны - это полмикрона (половина тысячной доли миллиметра). И отсюда стали неоспоримыми волновая теория и исключительная тонкость и острота проникновения в сущность живого вещества. С тех пор все мы в разных модификациях подтверждаем и применяем мысли Френеля. Но и не зная этих мыслей, можно усовершенствовать микроскоп.
Так это и было в XVIII столетии, хотя события развивались очень медленно. Сейчас трудно даже представить себе, что первая труба Галилея, в которую он наблюдал мир Юпитера, и микроскоп Левенгука были простыми неахроматическими линзами.
Огромным препятствием в деле ахроматизации было отсутствие хорошего флинта. Как известно, ахроматизация требует двух стекол: крона и флинта. Последний представляет стекло, в котором одной из основных частей является тяжелая окись свинца, обладающая непропорционально большой дисперсией.
В 1824 г. громадный успех микроскопа дала простая практическая идея Саллига, воспроизведенная французской фирмой Шевалье. Объектив, раньше состоявший из одной линзы, расчленен на части, его начали изготовлять из многих ахроматических линз. Так умножено число параметров, дана возможность исправления ошибок системы, и стало впервые возможным говорить о настоящих больших увеличениях - в 500 и даже 1000 раз. Граница предельного видения передвинулась от двух к одному микрону. Далеко позади оставлен микроскоп Левенгука.
В 70-х годах 19 века победоносное шествие микроскопии двинулось вперед. Сказавшим был Аббе (Е. Abbe).
Достигнуто было следующее:
Во-первых, предельное разрешение передвинулось от полумикрона до одной десятой микрона.
Во-вторых, в построении микроскопа вместо грубой эмпирики введена высокая научность.
В-третьих, наконец, показаны пределы возможного с микроскопом, и эти пределы завоеваны.
Сформирован штаб ученых, оптиков и вычислителей, работающих при фирме Цейсса. В капитальных сочинениях учениками Аббе дана теория микроскопа и вообще оптических приборов. Выработана система измерений, определяющих качество микроскопа.
Когда выяснилось, что существующие сорта стекол не могут удовлетворить научным требованиям, планомерно созданы были новые сорта. Вне тайн наследников Гинана - Пара-Мантуа (наследники Бонтана) в Париже и Ченсов в Бирмингаме - созданы были вновь методы плавки стекла, и дело практической оптики развито до такой степени, что можно сказать: Аббе оптическим снаряжением армии почти выиграл мировую войну 1914-1918 гг.
Наконец, призвав на помощь основы волновой теории света, Аббе впервые ясно показал, что каждой остроте инструмента соответствует свой предел возможности. Тончайший же из всех инструментов - это длина волны. Нельзя видеть объекты меньше полудлины волны - утверждает дифракционная теория Аббе,- и нельзя получить изображения меньше полудлины волны, т.е. меньше 1/4 микрона. Или с разными ухищрениями иммерсии, когда мы применяем среды, в которых длина волны меньше,- до 0,1 микрона. Волна лимитирует нас. Правда, лимиты очень мелкие, но все же это лимиты для деятельности человека.
Физик-оптик чувствует, когда на пути световой волны вставлен объект толщиной в тысячную, в десятитысячную, в отдельных случаях даже в одну стотысячную длину волны. Сама длина волны измерена физиками с точностью до одной десятимиллионной своей величины. Можно ли думать, что оптики, соединившие свои усилия с цитологами, не овладеют той сотой длины волны, которая стоит в поставленной ими задаче? Найдутся десятки способов обойти предел, поставленный длиной волны. Вам известен один из таких обходов, так называемый метод ультрамикроскопии. Если невидимые в микроскоп микробы расставлены далеко друг от друга, то можно осветить их сбоку ярким светом. Как бы они малы ни были, они заблестят, как звезда на темном фоне. Форму их нельзя определить, можно лишь констатировать их присутствие, но и это часто чрезвычайно важно. Этим методом широко пользуется бактериология.
Труды английского оптика Дж. Сиркса (1893) положили начало интерференционной микроскопии. В 1903 г. Р. Жигмонди (R. Zsigmondy) и Зидентопф (Н. Siedentopf) создали ультрамикроскоп, в 1911 г. Саньяком (М. Sagnac) был описан первый двухлучевой интерференционный микроскоп, в 1935 г. Зернике (F. Zernicke) предложил использовать метод фазового контраста для наблюдения в микроскопах прозрачных, слабо рассеивающих свет объектов. В середине XX в. был изобретен электронный микроскоп, в 1953 г. финским физиологом Вильской (A. Wilska) был изобретен аноптральный микроскоп.
Большой вклад в разработку проблем теоретической и прикладной оптики, усовершенствование оптических систем микроскопа и микроскопической техники внесли М.В. Ломоносов, И.П. Кулибин, Л.И. Мандельштам, Д.С. Рождественский, А.А. Лебедев, С.И. Вавилов, В.П. Линник, Д.Д. Максутов и др.
Литература:
Д.С. Рождественский Избранные труды. М.-Л., "Наука", 1964.
Рождественский Д.С. К вопросу об изображении прозрачных объектов в микроскопе. - Тр. ГОИ, 1940, т. 14
Соболь С.Л. История микроскопа и микроскопических исследований в России в XVIII веке. 1949.
Clay R.S., Court T.H. The history of the microscope. L., 1932; Bradbury S. The evolution of the microscope. Oxford, 1967.
Микроскопом называется уникальный прибор, призванный увеличивать микроизображения и измерять размеры объектов или структурные образования, наблюдаемые через объектив. Эта разработка удивительна, а значение изобретения микроскопа чрезвычайно велико, ведь без него не существовало бы некоторых направлений современной науки. И отсюда поподробнее.
Микроскоп - родственное телескопу устройство, которое применяется для совершенно других целей. С помощью него удается рассмотреть структуру объектов, которые невидимы глазом. Он позволяет определять морфологические параметры микрообразований, а также оценивать их объемное расположение. Потому даже сложно представить, какое значение имело изобретение микроскопа, и как его появление повлияло на развитие науки.
История микроскопа и оптики
Сегодня сложно ответить, кто первым изобрел микроскоп. Вероятно, этот вопрос будет также широко обсуждаться, как и создание арбалета. Однако, в отличие от оружия, изобретение микроскопа действительно произошло в Европе. А кем именно, пока неизвестно. Вероятность того, что первооткрывателем устройства стал Ханс Янсен, голландский мастер по производству очков, достаточно высока. Его сыном, Захарием Янсеном, в 1590 году было сделано заявление, что он вместе с отцом сконструировал микроскоп.
Но уже в 1609 году появился и еще один механизм, который создал Галилео Галилей. Он назвал его occhiolino и презентовал публике Национальной академии деи Линчеи. Доказательством того, что в тот период уже мог использоваться микроскоп, является знак на печати папы Урбана III. Считается, что он представляет собой модификацию изображения, полученного путем микроскопирования. Световой микроскоп (составной) Галилео Галилея состоял из одной выпуклой и одной вогнутой линзы.
Совершенствование и внедрение в практику
Уже через 10 лет после изобретения Галилея Корнелиус Дреббель создает составной микроскоп, имеющий две выпуклые линзы. А позже, то есть уже к концу Кристиан Гюйгенс разработал двухлинзовую систему окуляров. Они производятся и сейчас, хотя им не хватает широты обзора. Но, что важнее, при помощи такого микроскопа в 1665 году было проведено исследование среза пробкового дуба, где ученый увидел так называемые соты. Результатом эксперимента стало введение понятия "клетка".
Другой отец микроскопа - Антони ван Левенгук - лишь переизобрел его, но сумел привлечь к прибору внимание биологов. И после этого стало понятно, какое значение имело изобретение микроскопа для науки, ведь это позволило развиваться микробиологии. Вероятно, упомянутый прибор существенно ускорил развитие и естественных наук, ведь пока человек не увидел микробов, он верил, что болезни зарождаются от нечистоплотности. А в науке царствовали понятия алхимии и виталистические теории существования живого и самозарождения жизни.
Микроскоп Левенгука
Изобретение микроскопа является уникальным событием в науке Средневековья, потому как благодаря устройству удалось найти множество новых предметов для научного обсуждения. Более того, множество теорий разрушилось благодаря микроскопированию. И в этом большая заслуга Антони ван Левенгука. Он смог усовершенствовать микроскоп так, чтобы он позволял детально увидеть клетки. И если рассматривать вопрос в этом контексте, то Левенгук действительно является отцом микроскопа такого типа.
Структура прибора
Сам световой представлял собой пластинку с линзой, способной многократно увеличивать рассматриваемые объекты. Эта пластинка с линзой имела штатив. Посредством него она монтировалась на горизонтальный стол. Направляя линзу на свет и располагая между нею и пламенем свечи исследуемый материал, можно было разглядеть Причем первым материалом, который Антони ван Левенгук исследовал, был зубной налет. В нем ученый увидел множество существ, назвать которые пока не мог.
Уникальность микроскопа Левенгука поражает. Имеющиеся тогда составные модели не давали высокого качества изображения. Более того, наличие двух линз только усиливало дефекты. Потому потребовалось более 150 лет, пока составные микроскопы, изначально разработанные Галилеем и Дреббелем, начали давать такое же качество изображения, как устройство Левенгука. Сам же Антони ван Левенгук все равно не считается отцом микроскопа, но по праву является признанным мастером микроскопирования нативных материалов и клеток.
Изобретение и совершенствование линз
Само понятие линзы существовало уже в Древнем Риме и Греции. Например, в Греции при помощи выпуклых стекол удавалось разжигать огонь. А в Риме давно заметили свойства стеклянных сосудов, наполненных водой. Они позволяли увеличивать изображения, хотя и не во много раз. Дальнейшее развитие линз неизвестно, хотя очевидно, что прогресс на месте стоять не мог.
Известно, что в 16 веке в Венеции вошло в практику применение очков. Подтверждением этого являются факты о наличии станков для шлифовки стекла, что позволяло получать линзы. Также имелись чертежи оптических приборов, представляющих собой зеркала и линзы. Авторство данных работ принадлежит Леонардо да Винчи. Но еще раньше люди работали с увеличительными стеклами: еще в 1268 году Роджер Бэкон выдвинул идею создания подзорной трубы. Позже она была реализована.
Очевидно, что авторство линзы никому не принадлежало. Но это наблюдалось до того момента, пока оптикой не занялся Карл Фридрих Цейс. В 1847 году он приступил к производству микроскопов. Затем его компания стала лидером в разработке оптических стекол. Она существует до сегодняшнего дня, оставаясь главной в отрасли. С ней сотрудничают все компании, которые занимаются производством фото- и видеокамер, оптических прицелов, дальномеров, телескопов и прочих устройств.
Совершенствование микроскопии
История изобретения микроскопа поражает при ее детальном изучении. Но не менее интересной является и история дальнейшего совершенствования микроскопии. Начали появляться новые а научная мысль, порождающая их, погружалась все глубже. Теперь целью ученого было не только изучение микробов, но и рассмотрение более мелких составляющих. Оными являются молекулы и атомы. Уже в 19 веке их удавалось исследовать посредством рентгеноструктурного анализа. Но наука требовала большего.
Итак, уже в 1863 году исследователем Генри Клифтоном Сорби для исследования метеоритов был разработан поляризационный микроскоп. А в 1863 году Эрнстом Аббе была разработана теория микроскопа. Она была успешно перенята на производстве Карла Цейса. Его компания за счет этого развилась до признанного лидера отрасли оптических приборов.
Но вскоре наступил 1931 год - время создания электронного микроскопа. Он стал новым видом аппарата, позволяющим видеть намного больше, чем световой. В нем для просвечивания применялись не фотоны и не поляризованный свет, а электроны - частицы куда более мелкие, нежели самые простые ионы. Именно изобретение электронного микроскопа позволило развиваться гистологии. Теперь ученые обрели полную уверенность, что их суждения о клетке и ее органеллах действительно правильные. Впрочем, лишь в 1986 году создателю электронного микроскопа Эрнсту Руска была присуждена Нобелевская премия. Более того, уже в 1938 году Джеймс Хиллер строит просвечивающий электронный микроскоп.
Новейшие виды микроскопов
Наука после успехов многих ученых развивалась все быстрее. А потому целью, продиктованной новыми реалиями, стала необходимость разработки высокочувствительного микроскопа. И уже в 1936 году Эрвином Мюллером выпускается полевой эмиссионный прибор. А в 1951 году производится еще одно устройство - полевой ионный микроскоп. Его важность чрезвычайна, потому как он впервые позволил ученым видеть атомы. А вдобавок к этому в 1955 году Ежи Номарский разрабатывает теоретические основы дифференциальной интерференционно-контрастной микроскопии.
Совершенствование новейших микроскопов
Изобретение микроскопа еще не является успехом, потому как заставить ионы или фотоны проходить через биологические среды, а потом рассматривать полученное изображение, в принципе, нетрудно. Вот только вопрос повышения качества микроскопии был действительно важным. И после этих умозаключений ученые создали пролетный масс-анализатор, который получил название сканирующего ионного микроскопа.
Это устройство позволяло сканировать отдельно взятый атом и получать данные о трехмерной структуре молекулы. Вместе с этот метод позволил значительно ускорить процесс идентификации многих веществ, встречающихся в природе. А уже в 1981 году был введен сканирующий туннельный микроскоп, а в 1986 - атомно-силовой. 1988 - это год изобретения микроскопа сканирующего электрохимического туннельного типа. А самым последним и наиболее полезным является силовой зонд Кельвина. Он был разработан в 1991 году.
Оценка глобального значения изобретения микроскопа
Начиная с 1665 года, когда Левенгук занялся обработкой стекла и производством микроскопов, отрасль развивалась и усложнялась. И задаваясь вопросом о том, какое значение имело изобретение микроскопа, стоит рассмотреть основные достижения микроскопирования. Итак, этот метод позволил рассмотреть клетку, что послужило очередным толчком развития биологии. Затем прибор позволил разглядеть органеллы клетки, что дало возможность сформировать закономерности клеточной структуры.
Затем микроскоп позволил увидеть молекулу и атом, а позднее ученые смогли сканировать их поверхность. Более того, посредством микроскопа можно увидеть даже электронные облака атомов. Поскольку электроны движутся со скоростью света вокруг ядра, то рассмотреть эту частицу совершенно невозможно. Несмотря на это, следует понимать, какое значение имело изобретение микроскопа. Он дал возможность увидеть нечто новое, что нельзя видеть глазом. Это удивительный мир, изучение которого приблизило человека к современным достижениям физики, химии и медицины. А это стоит всех трудов.
Все хорошо знают, что биология — это наука о жизни. В настоящее время она представляет совокупность наук о живой природе. Биология изучает все проявления жизни: строение, функции, развитие и происхождение живых организмов, их взаимоотношения в природных сообществах со средой обитания и с другими живыми организмами.
С тех пор как человек стал осознавать свое отличие от животного мира, он начал изучать окружающий его мир. Сначала от этого зависела его жизнь. Первобытным людям необходимо было знать, какие живые организмы можно употреблять в пищу, использовать в качестве лекарств, для изготовления одежды и жилищ, а какие из них ядовиты или опасны.
С развитием цивилизации человек смог позволить себе такую роскошь, как занятие наукой в познавательных целях.
Исследования культуры древних народов показали, что они имели обширные знания о растениях, животных и широко их применяли в повседневной жизни.?
Современная биология — комплексная наука, для которой характерно взаимопроникновение идей и методов различных биологических дисциплин, а также других наук — прежде всего физики, химии и математики.
Основные направления развития современной биологии. В настоящее время условно можно выделить три направления в биологии.
Во-первых, это классическая биология. Ее представляют учёные-натуралисты, изучающие многообразие живой природы. Они объективно наблюдают и анализируют все, что происходит в живой природе, изучают живые организмы и классифицируют их. Неправильно думать, что в классической биологии все открытия уже сделаны. Во второй половине XX в. не только описано много новых видов, но и открыты крупные таксоны, вплоть до царств (Погонофоры) и даже надцарств (Архебактерии, или Археи). Эти открытия заставили ученых по-новому взглянуть на всю историю развития живой природы, Для настоящих ученых-натуралистов природа — это самоценность. Каждый уголок нашей планеты для них уникален. Именно поэтому они всегда среди тех, кто остро чувствует опасность для окружающей нас природы и активно выступает в ее защиту.
Второе направление — это эволюционная биология. В XIX в, автор теории естественного отбора Чарльз Дарвин начинал как обычный натуралист: он коллекционировал, наблюдал, описывал, путешествовал, раскрывая тайны живой природы. Однако основным результатом его работы, сделавшим его известным ученым, стала теория, объясняющая органическое разнообразие.
В настоящее время изучение эволюции живых организмов активно продолжается. Синтез генетики и эволюционной теории привел к созданию так называемой синтетической теории эволюции. Но и сейчас еще есть много нерешенных вопросов, ответы на которые ищут ученые-эволюционисты.
Созданная в начале XX в. нашим выдающимся биологом Александром Ивановичем Опариным первая научная теория происхождения жизни была чисто теоретической. В настоящее время активно ведутся экспериментальные исследования данной проблемы и благодаря применению передовых физико-химических методов уже сделаны важные открытия и можно ожидать новых интересных результатов.
Новые открытия позволили дополнить теорию антропогенеза. Но переход от животного мира к человеку и сейчас еще остается одной из самых больших загадок биологии.
Третье направление — физико-химическая биология, исследующая строение живых объектов при помощи современных физических и химических методов. Это быстро развивающееся направление биологии, важное как в теоретическом, так и в практическом отношении. Можно с уверенностью говорить, что в физико-химической биологии нас ждут новые открытия, которые позволят решить многие проблемы, стоящие перед человечеством,
Развитие биологии как науки. Современная биология уходит корнями в древность и связана с развитием цивилизации в странах Средиземноморья. Нам известны имена многих выдающихся ученых, внесших вклад в развитие биологии. Назовем лишь некоторых из них.
Гиппократ (460 — ок. 370 до н. э.) дал первое относительно подробное описание строения человека и животных, указал на роль среды и наследственности в возникновении болезней. Его считают основоположником медицины.
Аристотель (384—322 до н. э.) делил окружающий мир на четыре царства: неодушевленный мир земли, воды и воздуха; мир растений; мир животных и мир человека. Он описал многих животных, положил начало систематике. Б написанных им четырех биологических трактатах содержались практически все известные к тому времени сведения о животных. Заслуги Аристотеля настолько велики, что его считают основоположником зоологии.
Теофраст (372—287 до н. э.) изучал растения. Им описано более 500 видов растений, даны сведения о строении и размножении многих из них, введены в употребление многие ботанические термины. Его считают основоположником ботаники.
Гай Плиний Старший (23—79) собрал известные к тому времени сведения о живых организмах и написал 37 томов энциклопедии «Естественная история». Почти до средневековья эта энциклопедия была главным источником знаний о природе.
Клавдий Гален в своих научных исследованиях широко использовал вскрытия млекопитающих. Он первым сделал сравнительно-
анатомическое описание человека и обезьяны. Изучал центральную и периферическую нервную систему. Историки науки считают его последним великим биологом древности.
В средние века господствующей идеологией была религия. Подобно другим наукам, биология в этот период еще не выделилась в самостоятельную область и существовала в общем русле религиозно-философских взглядов. И хотя накопление знаний о живых организмах продолжалось, о биологии как науке в тот период можно говорить лишь условно.
Эпоха Возрождения является переходной от культуры средних веков к культуре нового времени. Коренные социально-экономические преобразования того времени сопровождались новыми открытиями в науке.
Самый известный ученый этой эпохи Леонардо да Винчи (1452— 1519) внес определенный вклад и в развитие биологии.
Он изучал полет птиц, описал многие растения, способы соединения костей в суставах, деятельность сердца и зрительную функцию глаза, сходство костей человека и животных.
Во второй половине XV в. естественнонаучные знания начинают быстро развиваться. Этому способствовали географические открытия, позволившие существенно расширить сведения о животных и растениях. Быстрое накопление научных знаний о живых организмах
вело к разделению биологии на отдельные науки.
В XVI—XVII вв. стали стремительно развиваться ботаника и зоология.
Изобретение микроскопа (начало XVII в.) позволило изучать микроскопическое строение растений и животных. Были открыты невидимые для невооруженного глаза микроскопически малые живые организмы — бактерии и простейшие.
Большой вклад в развитие биологии внес Карл Линней, предложивший систему классификации животных и растений.
Карл Максимович Бэр (1792—1876) в своих работах сформулировал основные положения теории гомологичных органов и закона зародышевого сходства, заложившие научные основы эмбриологии.
В 1808 г. в работе «Философия зоологии» Жан Батист Ламарк поставил вопрос о причинах и механизмах эволюционных преобразований и изложил первую по времени теорию эволюции.
Огромную роль в развитии биологии сыграла клеточная теория, которая научно подтвердила единство живого мира и послужила одной из предпосылок возникновения теории эволюции Чарлза Дарвина. Авторами клеточной теории считают зоолога Теодора Шванна (1818—1882) и ботаника Маттиаса Якоба Шлейдена (1804—1881).
На основе многочисленных наблюдений Ч. Дарвин опубликовал в 1859 г. свой основной труд «О происхождении видов путем естественного отбора или Сохранении благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». В нём он сформулировал основные положения теории эволюции, предложил механизмы эволюции и пути эволюционных преобразований организмов.
XX век начался с переоткрытия законов Грегора Менделя, что ознаменовало собой начало развития генетики как науки.
В 40—50-е годы XX в. в биологии стали широко использоваться идеи и методы физики, химии, математики, кибернетики и других наук, а в качестве объектов исследования — микроорганизмы. В результате возникли и стали бурно развиваться как самостоятельные науки биофизика, биохимия, молекулярная биология, радиационная биология, бионика и др. Исследования в космосе способствовали зарождению и развитию космической биологии.
В XX в. появилось направление прикладных исследований — биотехнология. Это направление, несомненно, будет стремительно развиваться и в XXI в. Более подробно об этом направлении развития биологии вы узнаете при изучении главы «Основы селекции и биотехнологии».
В настоящее время биологические знания используются во всех сферах человеческой деятельности: в промышленности и сельском хозяйстве, медицине и энергетике.
Чрезвычайно важное значение имеют экологические исследования. Мы, наконец, стали осознавать, что хрупкое равновесие, существующее на нашей маленькой планете, легко разрушить. Перед человечеством встала грандиозная задача — сохранение биосферы с целью поддержания условий существования и развития цивилизации. Без биологических знаний и специальных исследований решить ее невозможно. Таким образом, в настоящее время биология стала реальной производительной силой и рациональной научной основой отношений между человеком и природой.
История и изобретение микроскопа связано с тем, что с древних времен человек хотел видеть гораздо меньшие предметы, чем позволял невооруженный человеческий глаз. Хотя первое использование линзы из-за давности времени остается неизвестным, считается, что использование эффекта преломления света использовалось более чем 2000 лет назад. Во 2-м веке до нашей эры Клавдий Птолемей описал свойства света в бассейне с водой и точно рассчитал константу преломления воды.
В течение 1 века нашей эры (год 100), было изобретено стекло и римляне глядя через стекло его тестировали. Они экспериментировали с различными формами прозрачного стекла и один из их образцов был толще в середине и тоньше по краям. Они обнаружили, что объект через такое стекло будет выглядеть больше.
Слово «линза» на самом деле происходит от латинского слова «чечевица», они назвали потому, что напоминает форму бобового растения чечевица.
В то же время римский философ Сенека описывает фактическое увеличение через кувшин с водой «…письма, малые и невнятные, рассматриваются расширенные и более четкие через стеклянный кувшин, заполненный водой». Далее линзы не применялись до конца XIII века до . Затем около 1600 г, было обнаружено, что оптические инструменты могут быть сделаны с использованием линзы.
Первые оптические приборы
Ранние простые оптические приборы были с увеличительными стеклами и имели увеличение обычно около 6 x – 10 х. В 1590 году, два голландских изобретателя Ганс Янсен и его сын Захарий при шлифовке линз вручную обнаружили, что сочетание двух линз позволило увеличить изображение предмета в несколько раз.
Они смонтировали несколько линз в трубку и сделали очень важное открытие – изобретение микроскопа .
Их первые устройства были новизной, чем научный инструмент, поскольку максимальное увеличение было до 9 х. Первый микроскоп, сделанный для голландской королевской знати имел 3 раздвижные трубы, 50 см в длину и 5 см в диаметре. Было указано, что устройство имело увеличение от 3 x до 9 x когда полностью раскрыто.
Микроскоп Левенгука
Другой голландский ученый Антони ван Левенгук (1632-1723), считается одним из пионеров микроскопии, в конце XVII века стал первым человеком реально использовавшим изобретение микроскопа на практике.
Ван Левенгук достиг большего успеха, чем его предшественники путем разработки способа изготовления линзы путем шлифовки и полировки. Он достиг увеличения до 270 x, лучшее известное на то время. Это увеличение дает возможность просматривать объекты размером одна миллионная метра.
Антони Левенгук стал более активно участвовать в науке со своим новым изобретением микроскопа. Он мог видеть вещи, которые никто никогда не видел раньше. Он впервые увидел бактерии, плавающие в капле воды. Он отметил ткани растений и животных, клетки спермы и клетки крови, минералы, окаменелости и многое другое. Он также обнаружил нематод и коловраток (микроскопических животных) и обнаружил бактерии, глядя на образцы зубного налета от своих собственных зубов.
Люди стали понимать, что увеличение может выявить структуры, которые никогда не видели раньше – гипотеза, что все сделано из крошечных компонентов, невидимых невооруженным глазом тогда еще не рассматривалась.
Работы Антони Левенгука в дальнейшем развил английский ученый Роберт Гук, который опубликовал результаты микроскопических исследований «Микрография» в 1665 году. Роберт Гук описал подробные исследования в области микробиологии.
Англичанин Роберт Гук открыл микроскопическую веху и основную единицу всей жизни – клетку. В середине XVII века Гук увидел структурные клетки во время изучения образца, который напомнил ему о небольших монастырских комнатах. Гуку также приписывают быть первым, который использовал конфигурацию трех основных линз, как сегодня используют после изобретения микроскопа.
В 18-19 веках не так много изменений в конструкции основного микроскопа было введено. Были разработаны линзы с использованием более чистого стекла и различной формы для решения таких проблем, как искажение цвета и разрешение плохого изображения. В конце 1800-х годов немецкий физик-оптик Эрнст Аббе обнаружил, что покрытые маслом линзы предотвращают искажение света при высоком разрешении. Изобретение микроскопа помогло великому русскому учёному-энциклопедисту Ломоносову в середине 18 века проводить свои опыты двигать русскую науку.
Современное развитие микроскопии
В 1931 году немецкие ученые начали работать над изобретением электронного микроскопа. Этот вид прибора фокусирует электроны на образце и формируют изображение, которое может быть захвачено электронно чувствительным элементом. Эта модель позволяет ученым просмотреть очень мелкие детали с усилением до одного миллиона раз. Единственным недостатком является то, что живые клетки не могут наблюдаться электронным микроскопом. Однако цифровые и другие новые технологии создали новый прибор для микробиологов.
Немцы Эрнст Руска и доктор Макс Кноль, сначала создали «линзу» магнитного поля и электрического тока. К 1933 году ученые построили электронный микроскоп, который превзошел пределы увеличения оптического микроскопа на то время.
Эрнст получил Нобелевскую премию по физике в 1986 году за свою работу. Электронный микроскоп может достичь гораздо более высокого разрешения, так как длина волны электрона меньше, чем длина волны видимого света, в особенности, когда электрон ускоряется в вакууме.
Световая и электронная микроскопия продвинулаясь в 20-м веке. Сегодня увеличительные приборы используют флуоресцентные метки или поляризационные фильтры для просмотра образцов. Более современные используют для захвата и анализа изображений, которые не видны человеческому глазу.
Изобретение микроскопа в 16 веке позволило создать уже отражающие, фазовые, контрастные, конфокальные и даже ультрафиолетовые устройства .
Современные электронные устройства могут дать изображение даже одного атома.
Это наука о жизни. В настоящее время она представляет совокупность наук о живой природе.
Биология изучает все проявления жизни: строение, функции, развитие и происхождение живых организмов
, их взаимоотношения в природных сообществах со средой обитания и с другими живыми организмами.
С тех пор как человек стал осознавать свое отличие от животного мира, он начал изучать окружающий его мир.
Сначала от этого зависела его жизнь. Первобытным людям необходимо было знать, какие живые организмы можно употреблять в пищу, использовать в качестве лекарств, для изготовления одежды и жилищ, а какие из них ядовиты или опасны.
С развитием цивилизации человек смог позволить себе такую роскошь, как занятие наукой в познавательных целях.
Исследования
культуры древних народов показали, что они имели обширные знания о растениях, животных и широко их применяли в повседневной жизни.
Современная биология - комплексная наука
, для которой характерно взаимопроникновение идей и методов различных биологических дисциплин, а также других наук - прежде всего физики, химии и математики.
Основные направления развития современной биологии. В настоящее время условно можно выделить три направления в биологии.
Во-первых, это классическая биология. Ее представляют ученые-натуралисты, изучающие многообразие живой природы
. Они объективно наблюдают и анализируют все, что происходит в живой природе, изучают живые организмы и классифицируют их. Неправильно думать, что в классической биологии все открытия уже сделаны.
Во второй половине XX в. не только описано много новых видов, но и открыты крупные таксоны, вплоть до царств (Погонофоры) и даже надцарств (Архебактерии, или Археи). Эти открытия заставили ученых по-новому взглянуть на всю историю развития
живой природы, Для настоящих ученых-натуралистов природа -- это самоценность. Каждый уголок нашей планеты для них уникален. Именно поэтому они всегда среди тех, кто остро чувствует опасность для окружающей нас природы и активно выступает в ее защиту.
Второе направление - это эволюционная биология.
В XIX в. автор теории естественного отбора Чарлз Дарвин начинал как обычный натуралист: он коллекционировал, наблюдал, описывал, путешествовал, раскрывая тайны живой природы. Однако основным результатом его работы
, сделавшим его известным ученым, стала теория, объясняющая органическое разнообразие.
В настоящее время изучение эволюции живых организмов активно продолжается. Синтез генетики и эволюционной теории привел к созданию так называемой синтетической теории эволюции. Но и сейчас еще есть много нерешенных вопросов, ответы на которые ищут ученые-эволюционисты.
Созданная в начале XX в. нашим выдающимся биологом Александром Ивановичем Опариным первая научная теория происхождения жизни была чисто теоретической. В настоящее время активно ведутся экспериментальные исследования данной проблемы и благодаря применению передовых физико-химических методов уже сделаны важные открытия и можно ожидать новых интересных результатов.
Новые открытия позволили дополнить теорию антропогенеза. Но переход от животного мира к человеку и сейчас еще остается одной из самых больших загадок биологии.
Третье направление - физико-химическая биология, исследующая строение живых объектов при помощи современных физических и химических методов. Это быстро развивающееся направление биологии, важное как в теоретическом, так и в практическом отношении. Можно с уверенностью говорить, что в физико-химической биологии нас ждут новые открытия, которые позволят решить многие проблемы, стоящие перед человечеством.
Развитие биологии как науки. Современная биология уходит корнями в древность и связана с развитием цивилизации в странах Средиземноморья. Нам известны имена многих выдающихся ученых, внесших вклад в развитие биологии. Назовем лишь некоторых из них.
Гиппократ (460 - ок. 370 до н. э.) дал первое относительно подробное описание строения человека и животных, указал на роль среды и наследственности в возникновении болезней. Его считают основоположником медицины.
Аристотель (384-322 до н. э.) делил окружающий мир на четыре царства: неодушевленный мир земли, воды и воздуха; мир растений; мир животных и мир человека. Он описал многих животных, положил начало систематике. В написанных им четырех биологических трактатах содержались практически все известные к тому времени сведения о животных. Заслуги Аристотеля настолько велики, что его считают основоположником зоологии.
Теофраст (372-287 до н. э.) изучал растения. Им описано более 500 видов растений, даны сведения о строении и размножении многих из них, введены в употребление многие ботанические термины. Его считают основоположником ботаники.
Гай Плиний Старший (23-79) собрал известные к тому времени сведения о живых организмах и написал 37 томов энциклопедии «Естественная история». Почти до средневековья эта энциклопедия была главным источником знаний о природе.
Клавдий Гален в своих научных исследованиях широко использовал вскрытия млекопитающих. Он первым сделал сравнительно-анатомическое описание человека и обезьяны. Изучал центральную и периферическую нервную систему. Историки науки считают его последним великим биологом древности.
В средние века господствующей идеологией была религия. Подобно другим наукам, биология в этот период еще не выделилась в самостоятельную область и существовала в общем русле религиозно-философских взглядов. И хотя накопление знаний о живых организмах продолжалось, о биологии как науке в тот период можно говорить лишь условно.
Эпоха Возрождения является переходной от культуры средних веков к культуре нового времени. Коренные социально-экономические преобразования того времени сопровождались новыми открытиями в науке.
Самый известный ученый этой эпохи Леонардо да Винчи (1452 - 1519) внес определенный вклад и в развитие биологии.
Он изучал полет птиц, описал многие растения, способы соединения костей в суставах, деятельность сердца и зрительную функцию глаза, сходство костей человека и животных.
Во второй половине XV в. естественнонаучные знания начинают быстро развиваться. Этому способствовали географические открытия, позволившие существенно расширить сведения о животных и растениях. Быстрое накопление научных знаний о живых организмах вело к разделению биологии на отдельные науки.
В XVI-XVII вв. стали стремительно развиваться ботаника и зоология.
Изобретение микроскопа (начало XVII в.) позволило изучать микроскопическое строение растений и животных. Были открыты невидимые для невооруженного глаза микроскопически малые живые организмы - бактерии и простейшие.
Большой вклад в развитие биологии внес Карл Линней, предложивший систему классификации животных и растений,
Карл Максимович Бэр (1792-1876) в своих работах сформулировал основные положения теории гомологичных органов и закона зародышевого сходства, заложившие научные основы эмбриологии.
В 1808 г. в работе «Философия зоологии» Жан Батист Ламарк поставил вопрос о причинах и механизмах эволюционных преобразований и изложил первую по времени теорию эволюции.
Огромную роль в развитии биологии сыграла клеточная теория, которая научно подтвердила единство живого мира и послужила одной из предпосылок возникновения теории эволюции Чарлза Дарвина. Авторами клеточной теории считают зоолога Теодора Iванна (1818-1882) и ботаника Маттиаса Якоба Шлейдена (1804-1881).
На основе многочисленных наблюдений Ч. Дарвин опубликовал в 1859 г. свой основной труд «О происхождении видов путем естественного отбора или Сохранении благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь», в котором сформулировал основные положения теории эволюции, предложил механизмы эволюции и пути эволюционных преобразований организмов.
В XIX в. благодаря работам Луи Пастера (1822-1895), Роберта Коха (1843-1910), Ильи Ильича Мечникова в качестве самостоятельной науки оформилась микробиология.
XX век начался с переоткрытия законов Грегора Менделя, что ознаменовало собой начало развития генетики как науки.
В 40-50-е годы XX в. в биологии стали широко использоваться идеи и методы физики, химии, математики, кибернетики и других наук, а в качестве объектов исследования - микроорганизмы. В результате возникли и стали бурно развиваться как самостоятельные науки биофизика, биохимия, молекулярная биология, радиационная биология, бионика и др. Исследования в космосе способствовали зарождению и развитию космической биологии.
В XX в. появилось направление прикладных исследований - биотехнология. Это направление, несомненно, будет стремительно развиваться и в XXI в. Более подробно об этом направлении развития биологии вы узнаете при изучении главы «Основы селекции и биотехнологии».
В настоящее время биологические знания используются во всех сферах человеческой деятельности: в промышленности и сельском хозяйстве, медицине и энергетике.
Чрезвычайно важное значение имеют экологические исследования. Мы, наконец, стали осознавать, что хрупкое равновесие, существующее на нашей маленькой планете, легко разрушить. Перед человечеством встала грандиозная задача - сохранение биосферы с целью поддержания условий существования и развития цивилизации. Без биологических знаний и специальных исследований решить ее невозможно. Таким образом, в настоящее время биология стала реальной производительной силой и рациональной научной основой отношений между человеком и природой.
Классическая биология. Эволюционная биология. Физико-химическая биология.
1. Какие направления в развитии биологии вы можете выделить?
2. Какие великие ученые древности внесли заметный вклад в развитие-биологических знаний?
3. Почему в средние века о биологии как науке можно было говорить лишь условно?
4. Почему современную биологию считают комплексной наукой?
5. Какова роль биологии в современном обществе?
6. Подготовьте сообщение на одну из следующих тем:
7. Роль биологии в современном обществе.
8. Роль биологии в космических исследованиях.
9. Роль биологических исследований в современной медицине.
10. Роль выдающихся биологов - наших соотечественников в развитии мировой биологии.
Насколько изменились взгляды ученых на разнообразие живого, можно продемонстрировать на примере разделения живых организмов на царства. Еще в 40-е годы XX столетия все живые организмы делились на два царства: Растения и Животные. В царство растений включались также бактерии и грибы. Позднее более детальное изучение организмов привело к выделению четырех царств: Прокариоты (Бактерии), Грибы, Растения и Животные. Данная система приводится в школьной биологии.
В1959 г. было предложено делить мир живых организмов на пять царств: Прокариоты, Протисты (Простейшие), Грибы, Растения и Животные.
Данная система часто приводится в биологической (особенно переводной) литературе.
Разработаны и продолжают разрабатываться и другие системы, включающие 20 и более царств. Например, предложено выделить три надцарства: Прокариоты, Археи (Архебактерии) и Эукариоты, Каждое надцарство включает несколько царств.
Каменский А. А. Биология 10-11 класс
Отправлено читателями с интернет-сайта
Онлайн библиотека с учениками и книгами, плани-конспекти уроков с Биологии 10 класса, книги и учебники согласно календарного плана планирование Биологии 10 класса
Содержание урока конспект урока и опорный каркас презентация урока интерактивные технологии акселеративные методы обучения Практика тесты, тестирование онлайн задачи и упражнения домашние задания практикумы и тренинги вопросы для дискуссий в классе Иллюстрации видео- и аудиоматериалы фотографии, картинки графики, таблицы, схемы комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты Дополнения
