Развитие биологии как комплексной науки во второй половине XIX века

Особой оригинальностью  отличалась классификация царств растений с описанием 24 классов и более 60 порядков. Эта классификация устранила путаницу при описании растений. К концу XVIII в. с использованием системы Линнея уже было описано более 20000 видов (самим же К. Линнеем 10000).

При всей новизне и  удобстве системы К. Линнея она не гарантировала четкое определение родства видов в силу ограниченности и произвольности используемых диагностических ключей. Объединенными в одну группу нередко оказывались виды, далекие в систематическом отношении. Тем не менее система К. Линнея была непревзойденной «в своей изящной простоте» (К.А. Тимирязев, 1939, с. 21)

3.1.2.Достижения в области физиологии растений и их значение для развития представлений о живой природе.

Были достигнуты успехи в изучении химических свойств простых  и сложных веществ, открытие кислорода, познание состава воды, углекислого газа и ряда органических веществ. Эти достижения оказали положительное влияние на дальнейшее углубление представлений о жизнедеятельности растений в XVIII в.

Открытия в области  химии способствовали конкретизации  роли растений в круговороте веществ в природе, вопросов регуляции их продуктивности и развития. В трудах М.В. Ломоносова (1763) четко была сформулирована мысль об участии листьев в воздушном питании растений, указано, что «растения черпают материал, необходимый для своей организации из воздуха…».

В XVIII в. было продолжено изучение пола и размножения растений. На изучение пола растений т оказали  влияние труды К. Линнея и его  наблюдения над опылением растений. Наибольшего успеха достиг И. Кельрейтер, который, проведя гибридизацию с 50 видами, получил множество гибридов, промежуточных между исходными родительскими парами. И. Кельрейтер пришел к вывод, что потомство у растений получается только при участии мужского и женского «семени».

3.1.3.Исследования в области структурной и функциональной организации животных.

XVIII в. ознаменовался  дальнейшим углублением представлений  о структурной и функциональной  организации животных.

Немецкий ученый Хр. Рейль (1759-1813) основал журнал «Архив физиологии (1755) с задачей публикации результатов  исследований физико-химических основ жизненных явлений у животных. Он объяснял процессы жизнедеятельности, исходя из способности материи к изменениям.

Швейцарский ученый А. Галлер (1708-1777) в работе «Элементы физиологии»  впервые сокращение мышечных волокон рассматривал как проявление общего свойства - раздражимости. С раздражимостью он связывал движение мышц, сердца и внутренних органов.

Развитие исследований в области сравнительной анатомии выявило сходство организации разных животных. Так, была выявлена общность строения человека и других позвоночных. Выделяется новая наука - антропология. Французский ученый Ф. Вик д^,Азир (1748-1794), сравнивая строение органов у разных животных и в пределах одного организма, пришел к представлениям о единстве их строения и функций. Он находит связь между строением нервной системы у животных различных классов и особенностями их движения, инстинктов, раздражимостью и умственным развитием, а также сходство в строении одних и тех же органов у животных различных классов.

Исследования в области сравнительной анатомии в дальнейшем были углублены. Их результаты имели значение для развития систематики и представлений о единстве происхождения животных.

3.1.4.Исследования в области эмбриологии и их значение для прогресса биологии.

Эмбриональное развитие привлекало внимание с древнейших времен. Однако до XVIII в. эмбриология находилась в зачаточном состоянии. Направления и достижения эмбриологии в XVIII в. имели не только теоретическое, но и принципиальное методологическое значение.

В XVIII в. закладываются экспериментальные основы изучения индивидуального развития, роли мужского и женского зачатков, процесса оплодотворения.

Интенсивно развивались  исследования по регенерации. Р. Реомюр (1683-1757) ввел термин «регенерация». А. Трамбле  достиг успеха в опытах на трех видах гидр по регенерации и трансплантации. Ш. Бонне достиг положительных результатов по восстановлению целого организма из изолированных отрезков гидры, различных червей, а также утраченных органов у морских звезд, улиток, раков, саламандры. С учетом способности к регенерации у растений Ш. Бонне делает заключение о регенерации как общебиологическом явлении, имеющем значение для выживания индивидуума. Он усматривал связь между явлением регенерации и бесполым размножением -путем деления и почкования.

Значительное накопление материала  в различных областях биологии и  попытки его обобщения мало повлияли на центральную идею происхождения  живой природы, перешедшей из средневековья. Господствующей оставалась идея о сотворении живой природы, подкрепленная словами К. Линнея о том, что видов столько, сколько «различных форм было создано вначале». Подобный взгляд вытекал из метафизического мышления биологов того периода, которые рассматривали «природу как нечто законченное» (Ф. Энгельс)

Идея о сотворении живой природы получила развитие в трех направлениях: 1) признание неизменности видов. Возникающие изменения видов под влиянием условий среды и гибридизации рассматривались как случайные события -разновидности, не меняющие специфику самого вида; 2) признание наличия вложения зародышей («преформизм»); 3) в трактовке явления органической целесообразности как изначального свойства живой природы и результата творения.

Центральная идея биологии XVIII в. об абсолютной неизменяемости видов оставалась как фундаментальная ее основа, несмотря на попытки ее пересмотра и критики сторонниками трансформизма. Трансформизм исходил из возможности постепенного развития живой природы от простого к сложному, включая и самозарождение жизни из неорганических веществ.

Итак, XVIII в. обогатил биологию не только новым фактическим материалом в  разных направлениях, но и идеями. Резкой критике подверглась основная догма  биологии - идея неизменяемости и абсолютного  постоянства видов. Несмотря на ее критику, она еще до середины XIX в. господствовала в науке. Многие вопросы, поставленные в XVIII в., стали предметом специального изучения в первой половине XIX в., на их основе возникают новые направления науки. Достижения биологии XVIII в. поэтому следует рассматривать как предпосылку дальнейших ее успехов.

3.2.Формирование биологии как комплексной науки и ее успехи в первой половине XIX в.

Углубление промышленной революции, начавшейся в XVIII в., оказало заметное влияние на социально-мировоззренческое  состояние ряда стран Европы, что привело к повышению не только эффективности производства, но и обострению противоречий в обществе. Возрастание доли наемного труда и его эксплуатации в промышленности, а также формирование крупных аграрных хозяйств за счет разорения мелких землевладельцев имели глубокие последствия для роста народных волнений в первой половине XIX в., предвестником которой выступает французская буржуазная революция в 1789 г.

В обществе ощущалось стремление достичь  свободы и равенства. Формируются  несколько идейных течений, оказавших влияние на социальное и духовное развитие начала XIX в. и способствовавших переосмыслению идеалов буржуазного общества. На первый план выдвигаются учения французских утопистов и ряда философских школ Германии. Это привело к заметным изменениям в разных разделах естествознания, касающихся истории возникновения и развития Земли, Солнечной системы, принципа сохранения и превращения энергии, физических и химических свойств атомов и молекул, электрических явлений и т.д.

Все это отразилось на изучении физико-химической и структурной организации живых существ, их прошлого и настоящего. Ж.Б. Ламарк и Л.Х. Тревиранус независимо друг от друга предлагают термин «биология» для обозначения комплекса дисциплин, изучающих живую природу. Создается база для выделения биологии как самостоятельного и комплексного раздела естествознания. Начало XIX в. следует признать эрой поворота исследований живой природы на качественно новый уровень, завершившийся принципиальными обобщениями в разных областях биологии.

3.2.1.Успехи в области систематики, экологии и палеонтологии животных и растений.

В систематике благодаря трудам К. Линнея был введен порядок в  смысле классификации животных и  растений. Новыми сборами значительно  расширились списки видов растений и животных, был поставлен под сомнение основной принцип, на чем базировалась систематика К. Линнея: постоянство и независимое происхождение видов. Была углублена классификация животных выделением новых классов и уточнением положения отдельных их групп, ступеней последовательного генеалогического усложнения. Наиболее значительным признаны попытки установления филогенетических связей между животными как результат их постепенной эволюции.

Отмечены серьезные достижения в развитии систематики животных. Общим итогом развития систематики животных в XIX в. признано четкое деление животных на типы, особенно позвоночных, червей и членистых, простейших и иглокожих. Все это имело значение для последующей конкретизации филогенетических связей в животном мире.

В области систематики растений наибольшее внимание в первой половине XIX в.заслуживают исследования О.П. Декандоля. Его система была основана на учете анатомо-морфологических показателей, классификация покрытосеменных начиналась с двудольных, многолепестковых. Отечественный ботаник П.Ф. Горянинов (1756), опираясь на систему А. Жюсье, разделил растения на споровые, ложносеменные (голосеменные), однодольные и двудольные. Впервые голосеменные он выделил из покрытосеменных.

Расширяются сведения о географии  и экологии растений и животных. Наблюдается переход от наблюдений к экологическому мышлению, чему способствовали исследования А. Гумбольдта (1769-1859) по зональному и вертикальному распространению растений. Выделив более 17 типов растительных формаций, он продемонстрировал роль климата в определении физиономического типа растений. Швейцарский ботаник И. Турман (1848) предложил различать понятия «флора» и «растительность» и выделить их как самостоятельные направления исследования, что способствовало выделению геоботаники как науки.

В развитии экологического направления велика роль К.Ф. Рулье (1814-1858). Он обратил внимание на изучение связи животных с окружающей средой. Учитывалась роль климатических факторов и взаимодействие организмов между собой. В додарвиновской биологии К.Ф. Рулье увязывал эволюционный процесс с геологическими событиями на поверхности Земли. Он считал, что эволюция идет не только по пути повышения организации, но в большей мере формирования многообразия.

На рубеже XVIII-XIX вв. благодаря трудам Ж. Кювье выделяется палеонтология как самостоятельная наука о вымерших животных. Особенно широкое развитие палеонтология получила после выработки подхода к оценке стратиграфической летописи, что привело к классификации хронологии слоев по остаткам окаменелостей беспозвоночных. Упорядочилась оценка хронологической последовательности ископаемых растений и позвоночных. Несмотря на бесспорные факты о постепенной смене форм жизни в истории Земли, вывод об эволюции еще не получил распространение в биологии.

3.2.2.Исследование онтогенеза и эмбрионального развития животных и растений.

Развитие животных и растений в  течение индивидуальной жизни (онтогенез) привлекало внимание с древнейших времен при обсуждении вопросов, касающихся наследственности, старения, смерти, влияния  внешних условий и т.д. Но многие вопросы эмбрионального развития еще долгое время оставались тайной. Х.И. Пандер изучал «превращения насиженного яйца в течение первых пяти дней»(1817). К.М. Бэр (1792-1876) собрал большой сравнительный материал по этому же вопросу («История развития животных. Наблюдения и размышления»). Он детально описал этапы эмбриогенеза цыпленка, обобщил их в плане познания закономерностей развития и строения животных. Для животных К. Бэр выделяет четыре типа эмбрионального развития: периферический и лучистый, удлиненный, массивный, и позвоночные.

На основе сравнения развития зародышей  разных животных К. Бэр сформулировал  четыре закона: в каждой большой  группе общее образуется раньше специального, специальное постепенно формируется  из общего, эмбрионы одной животной формы не проходят через взрослые этапы других форм, а сходство форм проявляется только в самих эмбрионах.

Заметные успехи достигнуты в изучении развития генеративных органов, оплодотворения и строения зародыша у растений, что имело значение для зарождения эмбриологии растений как самостоятельной науки. Доказано существование пола у растений, решен вопрос о формировании зародыша семени. Исследования полового процесса и оплодотворения у животных и растений привели к выделению эмбриологии как самостоятельной науки и формированию в ней сравнительного направления, а также развитию новых методов оценки филогенетических связей между разными классами в пределах растений и животных на основе сходства и различия по начальным этапам онтогенеза. Полученные данные были использованы в дальнейшем при обосновании теории эволюции и принципов филогенетической систематики. Познание процесса оплодотворения оказало большое влияние на развитие представлений об аппарате наследственности. Возникновение эмбриологии имело значение для развития эволюционного учения.

3.2.3.Успехи в области физиологии животных и растений.

В познании особенностей онтогенеза и единства организации  живой природы важную роль сыграли и достижения в области физиологии животных и растений в первой половине XIX в., связанные с изучением физико-химических процессов.

Французский ученый Франсуа  Мажанди (1785-1855), опираясь на достижения физики и химии, пытался объяснить  явления жизни, исследовать их в процессе становления в онтогенезе, используя экспериментальные подходы. Он анализировал отдельные этапы кровообращения и пищеварения.

Мари Флуранс (1794-1867) изучал значение различных нервов и участков головного мозга. Существенны достижения И. Мюллера (1801-1858) в изучении нервов, органов чувств, нервных волокон и симпатических нервов, их роли в распространении раздражений к мускулам. Нервы в его понимании - проводники сигналов от внешних воздействий. Он пишет, что «ощущение, боль, наслаждение - все это состояния нервов, а не свойства вещей, которые вызывают их в наших нервах».

Физиолог К. Бернар (1813-1878) объяснял физико-химическими процессами функции поджелудочной железы, печени, гликогена и поддержания гомеостаза организма. В сходстве переработки крахмала он усматривал единство жизнедеятельности животных и растений.

В первой половине XIX в. также  достигнуты успехи в изучении питания  растений. Н. Соссюр (1767-1848) накопил большой  экспериментальный количественный материал в пользу участия углекислого газа в синтезе органических веществ и выделения при этом кислорода в равных объемах к поглощенному углекислому газу. Доказано участие в этом процессе солнечной энергии, воды, минеральных веществ.