Энциклопедия «Биология». Часть 1. А – Л (с иллюстрациями)

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЧАСЫ, условное понятие, указывающее на способность живых организмов ориентироваться во времени. Растения, животные и человек способны воспринимать течение времени, регистрировать его, точно «отсчитывать» и «запоминать». Эта способность носит приспособительный характер и связана с выживанием организмов в конкретных условиях. «Учёт времени» приводит к установке особого режима жизнедеятельности, соответствующего циклическим колебаниям внешних факторов. «Метрономом» в биологических часах являются эндогенные биологические ритмы, которые синхронизируются с внешними ритмами, чаще с суточными. Напр., активность пения птиц различных видов точно соответствует определённому времени суток. По ним, как говорят, можно проверять часы. Помимо биологических часов, животные имеют т. н. биологический календарь, в соответствии с которым предупреждают смену времён года физиологическими изменениями в организме, напр. поздней осенью некоторые впадают в спячку или меняют окраску. Бывают случаи, когда календарь животных не совпадает с календарём природы и можно встретить белого зайца в ещё бесснежном лесу.

БИОЛОГИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ (биоразнообразие), показатель, характеризующийся числом видов живых организмов, обитающих на единице площади суши или объёма водоёма. В широком смысле этот термин охватывает множество биологических показателей и соответствует понятию «жизнь на Земле». Явление удивительного разнообразия организмов обусловлено способностью макромолекул, прежде всего нуклеиновых кислот, к спонтанному изменению структуры, что приводит к наследственной изменчивости. На этой основе биологическое разнообразие создаётся на молекулярном (возникновение генетических вариаций), популяционном (действие естественного отбора) и видовом (видообразование) уровнях с последующим увеличением биоразнообразия на биоценотическом и биосферном уровнях. Обычно биоразнообразие рассматривают на видовом уровне, для чего разработаны специальные методы измерения, в т. ч. в единицах информации. Практическое применение показатели биоразнообразия находят при контроле за процессами, протекающими в живой природе (мониторинг), и при решении вопросов её охраны, т. к. богатые видами сообщества устойчивее бедных, а антропогенное воздействие (см. Антропогенные факторы) ведёт к снижению видового богатства и изменению его характера. Описано 1,75 млн. видов живых организмов, но, по мнению учёных-систематиков, их реальное число составляет не менее 10–35 млн. Особую ценность как центры видового разнообразия на Земле представляют влажные тропические леса – основные хранители генофонда земной флоры и фауны.

БИОЛОГИЯ, совокупность наук о живой природе, изучающих свойства и проявления жизни на всех уровнях её организации – от молекулярного до биосферного. Особенности организации и специфические проявления жизни на каждом уровне изучают соответствующие отрасли биологии. Вместе с тем решение многих проблем биологии, напр. общих закономерностей эволюции или происхождения человека, требует объединения подходов и методов различных наук.

Первичными знаниями о живой природе человек обладал уже в глубокой древности. Их расширение и специализация связаны с различными формами практической деятельности – охотой, скотоводством, земледелием, а также с врачеванием. Начиная с 6 в. до н. э. античными философами и врачами делаются первые попытки систематического познания органического мира. Так, Аристотель (384–322 до н. э.) считается основоположником зоологии, Теофраст (372–287 до н. э.) – «отцом» ботаники, Гиппократ (ок. 460 – ок. 370 до н. э.) – родоначальником ряда направлений в медицине. В Средние века и в эпоху Возрождения значительных работ в биологии сделано не было. Исключение составляет лишь изданная в 1543 г. книга знаменитого анатома А. Везалия «О строении человеческого тела», которая дала толчок быстрому развитию анатомии в 16–17 вв. В 1628 г. У.Гарвей открыл кровообращение, совершив тем самым настоящий переворот в истории биологии. Постепенно в биологию проникают экспериментальные методы и количественные измерения. Изобретение и усовершенствование микроскопа позволили в кон. 17 в. первым микроскопистам (Р. Гук, А. Левенгук, М. Мальпиги) открыть мир неведомых ранее мельчайших существ, положив начало микробиологии, создать первые представления о тонком строении организмов, заложить основы эмбриологии.

На рубеже 17 и 18 вв. были сделаны первые значительные работы по систематике растений и животных. А в 1735 г. К. Линней опубликовал книгу «Система природы», составившую эпоху в классификации растительного и животного мира и оказавшую влияние на всю биологию. Линней ввёл в науку двойные латинские названия для всех организмов и тем самым дал биологам международный язык, исключавший путаницу и недоразумения. Все биологические виды Линней считал неизменными с момента их сотворения. Его современник, французский естествоиспытатель Ж. Бюффон высказывал противоположную точку зрения – виды могут изменяться под влиянием окружающей среды. Первую законченную теорию эволюции создал Ж.Б. Ламарк (1809).

Для биологии, как и для других наук, 19 в. был временем бурного развития. Благодаря новым методам, экспедициям в ранее недоступные районы Земли, более тесному взаимодействию с другими науками существенно расширился круг изучаемых биологических объектов и явлений. С другой стороны, в результате активного накопления знаний происходит дробление крупных биологических наук (ботаники, зоологии) на более специальные, посвящённые отдельным группам организмов. В 19 в. возникают или складываются почти все основные биологические науки – систематика, сравнительная анатомия, цитология, морфология, эмбриология, физиология растений и животных, палеонтология, эволюционное учение, биохимия, экология и др. Наиболее важными теоретическими обобщениями были клеточная теория и теория эволюции Ч. Дарвина (1859). Однако крупнейшее открытие 19 в. – законы наследственности Г. Менделя (1865) оставалось практически неизвестным до нач. 20 в. В 19 в. были окончательно отвергнуты представления, не нашедшие экспериментального подтверждения, напр. теория самозарождения организмов.

В 20 в. интенсивно развивались различные разделы биологии, но наибольшее внимание уделялось двум основным направлениям – молекулярно-генетическому и биосферно-экологическому. Каждое из этих направлений имеет практические приложения, способные оказать огромное влияние на дальнейшую историю человечества. Открытия строения ДНК (Д. Уотсон, Ф. Крик, 1953) и способов хранения и реализации генетической информации привели к развитию молекулярной биологии. Достижения в генной инженерии, в медицинской генетике, в расшифровке генома человека и других биологических видов, в клонировании клеток и целых организмов, в биотехнологии могут в перспективе во многом изменить производственную деятельность и жизнь человека.

Столь же важное значение в научном и практическом отношении имеет биосферно-экологическое направление, в значительной степени обязанное своим развитием трудам В.И. Вернадского. С успехами в этом направлении связывают научную разработку условий для сохранения биологического разнообразия и поддержания биосферы в регулируемом состоянии, пригодном для жизни человека и других населяющих Землю существ.

Оба эти направления имеют морально-этические аспекты, вызвавшие к жизни новый пограничный раздел биологии – биоэтику.

БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ, свечение некоторых живых организмов. Это явление широко распространено в природе и наблюдается у бактерий, грибов, некоторых животных (жгутиконосцев, кишечнополостных, головоногих моллюсков, ракообразных, оболочников, насекомых, рыб). У многих видов биолюминесценция обусловлена ферментативным окислением особого вещества – люциферина. В процессе обмена веществ освобождённая энергия АТФ в присутствии кислорода при наличии Мg2+ и фермента люциферазы активизирует люциферин, в котором возникает электронное возбуждение с излучением энергии в виде света. Свечение возможно и без участия кислорода, напр. у медузы эквории оно происходит при взаимодействии специфического белка с Са2+. Иногда свечение вызывается симбиотическими бактериями, поселившимися в органах свечения – фотофорах, имеющихся у некоторых животных. Эти органы снабжены особым отражающим эпителием и светопреломляющими линзами. Диапазон света, излучаемого фотофорами или всем телом животного, – от голубого до красного. Свечение может быть прерывистым (мерцание) или постоянным, длиться от доли секунд до нескольких лет.

Животные используют биолюминесценцию для освещения и приманивания добычи, отпугивания врагов, опознания особей своего вида. Явление биолюминесценции было открыто в 19 в., но описание свечения у моллюсков было дано ещё Аристотелем.

БИОМ, обособленное от других сообщество живых организмов (растительных и животных), образующееся в определённой ландшафтно-географической зоне в результате сложного взаимодействия физических (климатических и др.) и биотических факторов. Биомы разных континентов (напр., саванны, листопадные леса, тундры) сходны между собой.

БИОМАССА, общая масса особей одного вида, группы видов или сообществ организмов в расчёте на единицу площади или объёма (водная среда) местообитания. Определяется в единицах массы сухого или сырого вещества. Выражается в г/м^2, г/м3, кг/м3, т/км^2, кг/га и т. д. Биомасса растений называется фитомассой, животных – зоомассой. Ок. 90 % биомассы биосферы приходится на долю наземных растений. Среди животных наибольшая биомасса у почвенных беспозвоночных, особенно у дождевых червей – от 200 до 1500 кг/га. При изучении биологической продуктивности природных сообществ определяют отдельно биомассу организмов, занимающих определённое место в пищевых цепях – продуцентов, консументов, редуцентов.

БИОНИКА, направление биологии, изучающее особенности строения и жизнедеятельности организмов с целью применения полученных знаний для решения ряда инженерных и других задач. Как наука сформировалась в сер. 20 в. Исследует способы передачи, переработки и хранения информации в нервной системе, строение и функционирование органов чувств, систем ориентации, навигации и локации у животных и др. Результаты исследований находят применение в кибернетике, машино– и приборостроении, строительстве, архитектуре, медицине, сельском хозяйстве и др. Напр., использование принципов биомеханики помогло созданию роботов, способных выполнять различные работы; изучение механизмов прогнозирования некоторыми живыми организмами метеорологических явлений позволило создать автоматические устройства, способные прогнозировать ливни, грозы, ураганы и др.