Важнейшие достижения естествознания 19 века

     Впоследствии  металлурги пытались улучшить свойства стали, добавляя в нее различные  компоненты. Английский металлург Роберт Эббот Хэдфилд ввел в сталь марганец(12%) и она стала намного тверже, чем исходный металл. Хэдфилд запатентовал марганцевую сталь в 1882 году и с этого момента началось победное шествие легированных сталей.

     Добавляя  в сталь хром, молибден, ванадий, вольфрам и ниобий, металлурги получили богатый спектр легированных сталей, обладающих самыми различными свойствами.

     В это же время начали находить применение и новые металлы, в частности  алюминий — самый распространенный металл. Однако в природных соединениях он прочно связан с другими элементами. Лишь в 1855г. французский химик Анри Этьен Сен-Клер Де-вилль разработал приемлемый способ получения достаточных количеств довольно чистого алюминия. Однако и после этого стоимость его намного превышала стоимость стали; так, достаточно сказать, что из алюминия были сделаны такие «престижные» предметы, как погремушка сыну Наполеона III и головной убор статуи Вашингтона.

     В 1886г. молодой американский студент-химик Чарльз Мартин Холл открыл, что оксид алюминия (глинозем) можно растворить в расплавленном минерале криолите. А получив раствор оксида, можно путем электролиза выделить и сам алюминий. В том же году французский металлург Поль Луи Туссен Эру (1863—1914) разработал по сути тот же метод получения алюминия. Метод Холла —Эру сделал алюминий настолько дешевым, что из него стали изготавливать даже кухонную посуду.

     Наиболее  ценное свойство алюминия — его  легкость (алюминий в 3 раза легче стали). Именно по этой причине он так широко используется в авиационной промышленности. В этих же целях потребляются и большие количества магния, циркония и титана, так как перспективы их использования весьма велики.

Достижения  биологии XIX века

     Наиболее  значимыми событиями первой половины XIX века стали становление палеонтологии и биологических основ стратиграфии, возникновение клеточной теории, формирование сравнительной анатомии и сравнительной эмбриологии. Центральными событиями второй половины XIX века стали публикация «Происхождения видов» Чарлза Дарвина и распространение эволюционного подхода во многих биологических дисциплинах.  

     Клеточная теория 

     Клеточная теория была сформулирована в 1839г. немецким зоологом и физиологом Т. Шванном. Согласно этой теории, всем организмам присуще клеточное строение. Клеточная теория утверждала единство животного и растительного мира, наличие единого элемента тела живого организма — клетки. Как и всякое крупное научное обобщение, клеточная теория не возникла внезапно: ей предшествовали отдельные открытия различных исследователей.

     В начале XIX в. предпринимались попытки  изучения внутреннего содержимого  клетки. В 1825г. чешский ученый Я. Пуркине  открыл ядро в яйцеклетке птиц. В 1831г. английский ботаник Р. Броун впервые описал ядро в клетках растений, а в 1833г. он пришел к выводу, что ядро является обязательной частью растительной клетки. Таким образом, в это время меняется представление о строении клетки: главным в ее организации стали считать не клеточную стенку, а содержимое.

     Наиболее  близко к формулировке клеточной  теории подошел немецкий ботаник  М. Шлейден, который установил, что  тело растений состоит из клеток.

     Многочисленные  наблюдения относительно строения клетки, обобщение накопленных данных позволили Т. Шванну в 1839 г. сделать ряд выводов, которые впоследствии назвали клеточной теорией. Ученый показал, что все живые организмы состоят из клеток, что клетки растений и животных принципиально схожи между собой.

     Клеточная теория включает следующие основные положения:

1. Клетка — элементарная единица живого, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению и являющаяся единицей строения, функционирования и развития всех живых организмов.
2. Клетки всех живых организмов сходны по строению, химическому составу и основным проявлениям жизнедеятельности.
3. Размножение клеток происходит путем деления исходной материнской клетки.
4. В многоклеточном организме клетки специализируются по функциям и образуют ткани, из которых построены органы и их системы, связанные между собой межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.

     Создание  клеточной теории стало важнейшим  событием в биологии, одним из решающих доказательств единства живой природы. Клеточная теория оказала значительное влияние на развитие биологии как науки, послужила фундаментом для развития таких дисциплин, как эмбриология, гистология и физиология. Она позволила создать основы для понимания жизни, индивидуального развития организмов, для объяснения эволюционной связи между ними. Основные положения клеточной теории сохранили свое значение и сегодня, хотя более чем за сто пятьдесят лет были получены новые сведения о структуре, жизнедеятельности и развитии клетки.  
 

     Эволюционная  теория Ч.Дарвина 

     Переворот в науке произвела книга великого английского ученого-натуралиста  Чарльза Дарвина «Происхождения видов», написанная в 1859 году. Обобщив  эмпирический материал современной  ему биологии и селекционной практики, использовав результаты собственных  наблюдений во время путешествий, он раскрыл основные факторы эволюции органического мира. В книге «Изменение домашних животных и культурных растений» (1868) он изложил дополнительный фактический материал к основному труду. В книге «Происхождение человека и половой отбор» (1871) выдвинул гипотезу происхождения человека от обезьяноподобного предка.

     Сущность  дарвиновской концепции эволюции сводится к ряду логичных, проверяемых в  эксперименте и подтвержденных огромным количеством фактических данных положений:

1. В пределах каждого вида живых организмов существует огромный размах индивидуальной наследственной изменчивости по морфологическим, физиологическим, поведенческим и любым другим признакам. Эта изменчивость может иметь непрерывный, количественный, или прерывистый качественный характер, но она существует всегда.
2. Все живые организмы размножаются в геометрической прогрессии.
3. Жизненные ресурсы для любого вида живых организмов ограничены, и поэтому должна возникать борьба за существование либо между особями одного вида, либо между особями разных видов, либо с природными условиями. В понятие «борьба за существование» Дарвин включил не только собственно борьбу особи за жизнь, но и борьбу за успех в размножении.
4. В условиях борьбы за существование выживают и дают потомство наиболее приспособленные особи, имеющие те отклонения, которые случайно оказались адаптивными к данным условиям среды. Это принципиально важный момент в аргументации Дарвина. Отклонения возникают не направленно — в ответ на действие среды, а случайно. Немногие из них оказываются полезными в конкретных условиях. Потомки выжившей особи, которые наследуют полезное отклонение, позволившее выжить их предку, оказываются более приспособленными к данной среде, чем другие представители популяции.
5. Выживание и преимущественное размножение приспособленных особей Дарвин назвал естественным отбором.
6. Естественный отбор отдельных изолированных разновидностей в разных условиях существования постепенно ведет к дивергенции (расхождению) признаков этих разновидностей и, в конечном счете, к видообразованию.

     В основе теории Дарвина - свойство организмов повторять в ряду поколений сходные  типы обмена веществ и индивидуального  развития в целом - свойство наследственности. Наследственность   вместе с изменчивостью  обеспечивает постоянство и многообразие   форм   жизни и лежит в основе эволюции живой природы. Одно из основных понятий своей теории эволюции - понятие "борьба за существование" - Дарвин   употреблял   для   обозначения     отношений между организмами, а также отношений  между организмами и абиотическими условиями, приводящих к гибели менее приспособленных и выживанию   более    приспособленных особей.   
     Дарвин выделил две основные формы изменчивости:  
    ●  определенную изменчивость - способность всех особей одного и того же вида в определенных условиях внешней среды одинаковым образом реагировать на эти условия (климат, почву);  
   ● неопределенную изменчивость, характер которой не соответствует изменениям внешних условий.    

     В современной терминологии неопределенная изменчивость называется мутацией. Мутация - неопределенная изменчивость в отличие от определенной носит наследственный характер. По Дарвину, незначительные изменения в первом поколении усиливаются в последующих. Дарвин подчеркивал, что решающую роль в эволюции играет именно неопределенная изменчивость. Она связана обычно с вредными и нейтральными мутациями, но возможны и такие мутации, которые оказываются перспективными. Неизбежным результатом борьбы за существование и наследственной изменчивости организмов, по Дарвину, является процесс выживания и воспроизведения организмов, наиболее приспособленных к условиям среды, и гибели в ходе эволюции неприспособленных - естественный отбор.  
     Механизм естественного отбора в природе действует аналогично селекционерам, т.е. складывает незначительные и неопределенные индивидуальные различия и формирует из них у организмов необходимые приспособления, а также межвидовые различия. Этот механизм выбраковывает ненужные формы и образовывает новые виды.⁶  
     Тезис о естественном отборе наряду с принципами борьбы за существование, наследственности и изменчивости - основа дарвиновской теории эволюции.    

     Клеточная теория и учение Дарвина об эволюции – это самые значительные достижения биологии XIX века. Но я думаю, что следует упомянуть и о других достаточно важных открытиях.

     С развитием физики и химии происходят и изменения в медицине. С течением времени областей применения электричества  становится все больше. Его использование  в медицине положило начало электро-  и ионофорезу. Открытие Х-лучей Рентгеном вызвало особый интерес у врачей. Физические лаборатории, где создавалась аппаратура, используемая Рентгеном для получения Х-лучей, атаковались врачами и их пациентами, подозревавшими, что в них находятся когда-то проглоченные иголки, пуговицы и т.д. История медицины до этого не знала столь быстрой реализации открытий в области электричества, как это случилось с новым диагностическим средством – рентгеновскими лучами.

     С конца XIX века начинаются опыты на животных для определения пороговых – опасных – значений тока и напряжения. Определение этих значений вызвалось необходимостью создания защитных мероприятий.

     Немало  важным открытием в области медицины и биологии стало       открытие витаминов. Еще в 1820 году наш  соотечественник П. Вишневский впервые высказал предположение о существовании в противоцинготных продуктах некоего вещества, которое способствует правильной жизнедеятельности организма. Собственно открытие витаминов принадлежит Н. Лунину, доказавшему в 1880 году, что в состав пищи входят некие жизненно важные элементы. Термин "витамины" образован от латинских корней: "вита" - жизнь и "амин" – соединение азота.

     В XIX веке начинается борьба с инфекционными  заболеваниями. Английский врач Дженнер  изобрел вакцину, Роберт Кох открыл возбудитель туберкулеза – палочку Коха, а также разработал профилактические меры против эпидемий и создал лекарства. 

     Микробиология 

           Луи Пастер подарил  миру новую науку – микробиологию.

     Этот  человек, сделавший ряд ярчайших открытий, должен был всю жизнь отстаивать свои истины в бесполезных спорах. Естествоиспытатели всего мира вели споры о том, существует или нет «самозарождение» живых организмов. Пастер не спорил, Пастер работал. Почему бродит вино? Почему скисает молоко? Пастер установил, что процесс брожения -  процесс биологический, вызываемый микробами.

     В лаборатории Пастера до сих пор  стоит колба удивительной формы  – хрупкое сооружение с причудливо выгнутым носиком. Более 100 лет назад  в неё влили молодое вино. Оно  не скисло и по сей день -  секрет формы бережет его от микробов брожения.

     Опыты Пастера имели большое значение для создания методов стерилизации и пастеризации (нагревание жидкости до 80оС, чтобы убить микроорганизмы, и последующее быстрое ее охлаждение) различных продуктов. Он разработал методы предохранительных прививок против заразных болезней. Его исследования послужили основой для учений об иммунитете. 

     Генетика 

     В 1865 году были опубликованы результаты работ по гибридизации сортов гороха, где были открыты важнейшие законы наследственности. Автор этих работ - чешский исследователь Грегор Мендель показал, что признаки организмов определяются дискретными наследственными факторами. Однако эти работы оставались практически неизвестными почти 35 лет - с 1865 по 1900.