1. Ботаника в системе современных наук о природе. Предмет и задачи ботаники. Краткая история развития науки.
Бота́ника - наука о растениях, раздел биологии.
Эта наука изучает строение и жизнь растений в связи с условиями их обитания; классифицирует растения и устанавливает систему растительного мира, отражающую историю его развития; исследует растительный покров земной поверхности и закономерности сочетания в нем отдельных растений..
Ее задача – всестороннее познание растений: их строения, жизненных функций, распространения, происхождения, эволюции.
Глобальная проблема современности – производство пищи. Быстрый рост населения земного шара выдвигает задачу максимальной интенсификации сельскохозяйственного производства: повышения урожайности возделываемых культур и продуктивности животноводства.
Эту задачу решают технологические науки: растениеводство и животноводство, базирующиеся на достижениях фундаментальных биологических дисциплин, среди которых первое место занимает ботаника. Не менее важна роль растений в обеспечении человека древесиной, прядильным волокном, лекарственным сырьем и др.
Ботаника исследует растения на разных уровнях их организации. Различают несколько структурно-функциональных уровней.
Нижний – наиболее древний – суборганизменный уровень молекулярных структур, где проходит граница между живым и неживым. Следующий уровень – клеточный. Клетка, ее структура и основные биохимические процессы сходны у всех организмов. За ним следует органный, а затем уровень целостного организма.
Неотъемлемые свойства организмов – способность к размножению, наследственность и изменчивость. Более сложный уровень организации жизни – популяционно-видовой. Высший уровень – экосистемный, биосферно-биогеоценотический, на котором сообщества популяций животных и растений вместе с их средой обитания образуют функционально-структурное единство.
Основу экосистемы составляют автотрофные зеленые растения – продуценты (производители), синтезирующие органические вещества из неорганических. Готовое органическое вещество используют консументы (потребители) – гетеротрофные организмы. Органические остатки продуцентов и консументов разрушаются гетеротрофными редуцентами (бактериями, грибами) и превращаются в минеральные соединения, вновь доступные растениям. Так проходит круговорот веществ и энергии в экосистеме при участии автотрофных и гетеротрофных организмов (рис. 1).
Автотрофные организмы способны синтезировать органические вещества из неорганических, используя в процессе фотосинтеза солнечную энергию (зеленые растения) или энергию химических реакций – хемосинтез (некоторые прокариоты). Фотосинтезирующие растения, по словам К.А. Тимирязева, являются источником жизни на Земле. Ежегодно при фотосинтезе аккумулируется колоссальное количество солнечной энергии (3´1021 ккал). Образуется 5,8´1010 т органического вещества. Выделяется в атмосферу 11,5´1010 т кислорода. Гетеротрофные грибы и бактерии традиционно, как и растения, являются объектами ботаники.
Ботаника, как и другие науки о природе, возникла и развивалась в связи с практическими запросами человека, в жизни которого растения играли и играют огромную роль.
Начало развитию ботаники было положено в глубокой древности при выявлении и использовании пищевых, лекарственных и технических растений.
Ботаника тесно связана с разнообразными сторонами жизни и хозяйственной деятельности человека: сельским хозяйством, медициной и различными отраслями промышленности.
Растения широко используются человеком как пища и корм для животных, как источник сырья для хозяйственной деятельности (прядильные, красильные, дубильные и др.), как ценнейшие лекарственные средства.
Разнообразную роль в нашей жизни играют микроорганизмы, водоросли и грибы. Одни из них – болезнетворные – приносят вред, другие широко используются в ряде отраслей пищевой промышленности, в производстве лекарств и т. д.
Ботаника как наука сформировалась более 2000 лет назад. Основоположниками ее были деятели древнего мира Аристотель (384 – 32 гг. до н.э.) и Феофраст (371 – 286 гг. до н.э.).
Они обобщили накопленные сведения о разнообразии растений и их свойствах, приемах возделывания, размножения и использования, географическом распространении.
Таким образом, ботаника возникла как единая наука, суммируя отдельные сведения о растениях, но с течением времени, по мере накопления и углубления знаний, она разделилась на ряд самостоятельных дисциплин.
Таким образом, в наши дни ботаника представляет собой большую многоотраслевую науку.
Общая задача ее состоит в изучении отдельно взятых растений и их совокупностей – растительных сообществ, из которых формируются луга, леса, степи.
Одна из первоочередных задач ботаники – разработка научных основ охраны природных и растительных ресурсов.
Особенно большое внимание отводят изучению и охране редких и исчезающих растений, занесенных в Красную книгу, так как потеря каждого вида не только уменьшает разнообразие растений, но и нарушает устойчивость растительного сообщества, сбалансированного в течение многих тысячелетий.
Куда бы вы ни посмотрели, почти всюду увидите растения или предметы, сделанные из них. Разные растения характерны для лугов, лесов, степей. растения покрывают значительные участки безводных пустынь и топких болот. Множество растений обитает в морях и океанах, озерах, прудах и реках всех стран мира. Даже Арктика и Антарктика не лишены растений: представителей растительного мира можно найти там в теплое время года. Множество разных культурных растений люди выращивают на полях, в садах и цветниках. Многие растения человек выращивает в оранжереях и в комнатах.
Большинство растений обладает зеленой окраской, но некоторые не имеют ее, например петров крест или заразиха. Велико значение зеленых растений в природе. растения обогащают воздух кислородом, необходимым для дыхания практически всех живых существ и поглощают из него углекислый газ. В лесах, на лугах, на болотах и в пустынях живут разнообразные представители животного мира. Растения служат пищей растительноядным животным, которыми в свою очередь питаются хищники. Люди тоже питаются растениями и продуктами их переработки, используют растения как сырье для различных отраслей промышленности, для приготовления лекарств, как строительный материал, топливо. Из древесины делают бумагу, искусственный шелк.
Человек использует разные части растений. Так, горох, фасоль, бобы выращивают для получения семян. Яблони, груши, сливы, вишни, огурцы, томаты дают сочные плоды. Морковь, репу, свеклу, петрушку выращивают ради корней. Из листьев капусты, салата, шпината, щавеля приготавливают овощные блюда. У льна и конопли используют волокна стеблей и семена. Розы, сирень, жасмин, астры, левкои разводят ради их красивых цветков. Трудно перечислить все, что получает человек от зеленых растений. Из плодов одной лишь пшеницы изготовляют хлеб, разные кондитерские изделия, макароны, крупы.
Но растения ценны не только тем, что дают пищу и сырье. Они украшают нашу жизнь, приносят радость. Самое скромное жилище становится уютнее, если на подоконнике стоят комнатные растения, а за окном зеленеют деревья, кустарники, травы...
Много интересных явлений из жизни растений раскроется перед теми, кто не пройдет торопливо по лесу или цветущему лугу, а внимательно приглядится к окружающему зеленому миру. Еще больше узнает тот, кто изучит ботанику.
Ботаника - наука о растениях . Название этой науки происходит от греческого слова ботанэ, что значит "зелень", "трава", "растение". Ботаника изучает жизнь растений, их внутреннее и внешнее строение, распространение растений на поверхности земного шара, взаимосвязь растений с окружающей природой и друг с другом.
Изучая ботанику, мы познаем законы жизни растений. Ботанику надо знать для того, чтобы правильно использовать растительный мир, минимально воздействуя на природу. Человек так сильно влияет на нее хозяйственной деятельностью, что многие виды живых организмов совсем исчезли с лица Земли, а многим угрожает вымирание. Изучение ботаники позволит каждому не только узнать жизнь растений, но и принять активное участие в преобразовании окружающего растительного мира.
Ботаника – это раздел биологии, который изучает растения. Это определение ботаники мы все знаем ещё со школьной скамьи, но мало кто знает, что и ботаника делится на несколько разделов. Причём все эти разделы изучают только строго определённые растения или их свойства. Итак, что же такое ботаника и как она зародилась?
Ботаника как наука стала складываться очень – очень давно. Ведь многие сведения о растениях были известны ещё древнему человеку, ну а первые учёные в этой области, например римский натуралист Плиний Старший, просто систематизировал все эти накопленные знания и собрал их в одну книгу – «Естественная история».
В России же ботаника сначала была всего лишь наукой, которая изучала только лекарственные растения, причём, больший акцент делался на полезные свойства этих растений, а не на их форму, строение цветка или способы размножения. Огромный вклад в ботанику как в науку внёс шведский учёный Карл Линней. Именно он внёс в изучение растительного мира деление на классы, отряды, роды и виды. Именно он описал десять тысяч растений со всеми подробнейшими характеристиками. Именно этот учёный собрал самый большой в мире гербарий.
А затем пришла очередь и Чарльза Дарвина. Его основной труд «Происхождение видов» заставил многих учёных того времени отказаться от своих теорий и принять новое видение мира.
Современная ботаника – это не просто наука, которая изучает царство растений. Сюда входят многие разделы, каждый из которых играет немаловажную роль в изучении растений. Так, например, в современной ботанике есть и анатомия растений, которая изучает внутреннее строение растительных тканей, и фитопатология, которая занимается изучением болезней растительного мира, и эмбриология растений, наука, которая очень пристально изучает пути зарождения растительного организма, и лесоводство, и палеоботаника, которая занимается изучением ископаемых растений…
Есть в ботанике и ещё один термин, без которого эта наука просто не смогла бы существовать. Это Биноминальная номенклатура. Каждое растение согласно этой номенклатуре должно называться по имени рода и по имени вида, к которому оно относится. Rosa canina Linnaeus – это название шиповника согласно биноминальной номенклатуре. Первое слово – это название рода, второе – имя вида. Иногда после названия растения в биноминальной номенклатуре помещают ссылку на ту работу, в которой то или иное растение было описано впервые.
Однако есть в этой науке и деление по объектам исследования. Так, например, микология изучает только грибы и всё, что с ними связано, альгология – это целая наука о водорослях, а лихенология – это раздел ботаники, который изучает лишайники.
Без начальных знаний ботаники просто невозможно правильно выращивать растения. Именно на ботанике построено всё современное сельское хозяйство, и если агроном не будет знать хотя бы его азов, то ему будет очень сложно справиться со своей задачей. А ещё ботаника помогает правильно высаживать растения и кустарники в парках и скверах. И, конечно же, основная роль науки о растениях состоит в том, чтобы развивать и охранять среду обитания цветов, грибов, кустарников и многих – многих других представителей нашей флоры.
Ботаника - это наука, которая занимается изучением растений . Она является разделом более обширной науки биологии, которая изучает все живые организмы на Земле. Предметом изучения ботаники являются внешнее и внутреннее строение растений, их жизнедеятельность на различных уровнях (клеточном, организменном и др.), эволюция, систематика, условия произрастания, зависимость растений от экологии, их роль в жизни человека и многое другое. Другими словами, ботаника является комплексной дисциплиной , состоящей из подразделов.
Ботаника достаточно древняя наука. Жизнь человека сильно зависит от растений, и, следовательно, он с древних времен интересовался особенностями их роста и развития. Еще в Древней Греции свой вклад в ботанику внес Аристотель, но куда больше - его ученик Теофраст. В средние века ботаника, как и другие науки, почти не развивалась. Ее новый расцвет начался в XVI-XVII веках. Посещение европейцами различных континентов привело к накоплению обширных сведений о живой природе. Описание организмов, систематизация знаний стали актуальными. Кроме того, появляются технические средства (микроскопы), позволяющие изучать внутреннее строение растений и процессы их жизнедеятельности.
Раньше к предмету изучения ботаники относили не только растения, но и грибы. Однако позже их выделили в отдельное царство, а науку, которая их изучает, назвали микологией. Грибы отличаются от растений прежде всего своей неспособность к фотосинтезу. В то же время грибы, как и растения, ведут прикрепленный образ жизни и растут в течение всей жизни. Именно поэтому у ботаников всегда было желание относить их к растениям.
В живой природе встречаются весьма уникальные организмы, отнести которые к тому или иному царству живого затруднительно. Примером таких организмов являются лишайники. Можно сказать, что они представляют собой тесный симбиоз гриба и одноклеточных водорослей или симбиоз гриба и синезеленых бактерий. Какая наука должна заниматься их изучением? Их изучает лихенология . Однако она является разделом ботаники. Таким образом, из-за сложности живого мира ученым приходится допускать ряд условностей.
На сегодняшний день на Земле произрастает и обитает более 300 тысяч видов растений (иногда их количество оценивают до 500 тысяч). Разнообразие растений огромно. Это одноклеточные и многоклеточные формы с более простым или сложным внутренним строением, отличающиеся по местам обитания, способам размножения, жизненным формам. К современным растениям относят водоросли, мхи, хвощи, плауны, папоротники, голосеменные и цветковые растения. Систематика растений сложна, долго формировалась и однозначно не сформирована до сих пор. Некоторые группы выделяют то в один таксон, то в другой. В современной ботанике большую роль играют генетические методы изучения родства растений, их эволюции. Это ведет к пересмотру ранее закрепившейся систематики и классификации, а, значит, изменению разделов ботаники.
До сих пор обычно деление растений на низшие и высшие. К низшим растениям относят водоросли, так как их тело не имеет органов и тканей и представлено талломом. Водоросли изучает наука ал ь гология , которая является разделом ботаники.
Несмотря на разнообразие растений, у всех их есть общие признаки. Именно совокупность этих признаков позволяет отнести тот или иной организм к растениям. Но каждый отдельный признак может присутствовать у других групп организмов, которые не являются предметом изучения ботаники. Даже фотосинтез, которой является основным характерным признаком растений, наблюдается также у синезеленых водорослей, которые относятся к бактериям, т. е. прокариотам (их клетки не имеют ядер). Однако пара признаков - наличие в клетках ядра и способность к фотосинтезу - уже позволяют однозначно относить организм к растениям.
Ботаника изучает не только отдельные систематические группы растений и их жизнедеятельность, но и значение растительного мира. Роль растений для планеты огромна. Они создают органическое вещество, условия обитания для других организмов, изменили состав атмосферы. Хотя растения не являются первыми организмами на Земле, именно их появление способствовало развитию царства животных.
Жизнь на Земле - необыкновенный феномен, возникший благодаря эволюции (или божьей воле - кому как привычнее мыслить). Но то, что поддерживается она благодаря кислороду, вырабатываемому растениями, не подвергается сомнению ни учеными, ни верующими. Зеленых братьев среди нас великое множество, правда, знаем мы о них ничтожно мало. Славная наука, которая помогает нам приоткрыть тайную завесу в их мир, называется ботаникой - наукой о растениях.
Одной из отраслей биологии, науки обо всем живом на нашей планете, является ботаника. Разделы ботаники, как биологической науки, изучают отдельные составляющие растений, способ их выживания, процессы, которые происходят внутри организма, способы размножения и возможности использовать в человеческой жизни.
Название дисциплины имеет греческие корни и переводится как «относящийся к растениям». Растениями называют особое царство, которое включает живые организмы, способные к фотосинтезу. Всех их принято делить на низшие (водоросли) и высшие (споровые и семенные).
Процесс изучения растений является важным для человека. В первую очередь это связано с необходимостью дыхания выделяемым кислородом.
Также с помощью собранных знаний о зеленых обитателях Земли человек может:
История развития науки
Ботаника - это раздел науки о растениях, который появился и развивался вместе с человеком. Еще первобытные люди знали, какие растения можно употребить в пищу, а какие лучше обойти стороной.
Основные сведения о лекарственных растениях можно найти в некоторых текстах Древнего Египта, цивилизаций Междуречья - Вавилона, Ассирии и других.
В конце III тысячелетия до нашей эры в Древнем Китае существовала книга под названием «Бэнь Цао», которая содержала множество сведений о лекарственных и съедобных растениях.
Древнегреческий ученый Аристотель стал первым, кто собрал и систематизировал информацию о растительном мире в своем фундаментальном труде «Теория растений». К сожалению, до нас дошли только немногочисленные фрагменты этой работы.
Теофраст (ученик Аристотеля) в своих работах «История растений» и «Причина растений» описал особенности и свойства более чем 500 растений, рассмотрел основы их физиологии (например, описал строение цветка), а также произвел их градацию, т. е. деление на следующие виды:
- деревья;
- кустарники;
- полукустарники;
- травы (однолетники и многолетники).
В древней Индии существовала так называемая «наука о жизни» - Аюрведа, которая, помимо всего прочего, включала описание множества растений, преимущественно лекарственных. Эти сведения толковались и дополнялись в трудах известных индийских мыслителей Вадбака, Чарака и других.
Ну и нельзя не отметить выдающегося арабского ученого, мыслителя и врача - Абу Али Ибн Сину, известного в Европе как Авиценна. Его труд «Канон врачебной науки» содержит описание более 1000 неизвестных в Европе растений.
Начало Средних веков, еще называемое «Темное время», характеризовалось стагнацией научной мысли. Абсолютно все явления и события объясняли Божьей волей, все науки, в том числе и ботаника, остановились в своем развитии.
Лишь открытие Америки Колумбом в 1492 году дало новый виток дальнейшему изучению растений, в особенности произрастающих в Новом Свете. В Европе появляются первые ботанические сады.
В Новое время открытия и достижения в области ботаники продолжались. Нельзя не упомянуть таких выдающихся ученых, как Роберт Гук (открыл растительную клетку), Карла Линнея (разработал принципиально новую терминологию и бинарную номенклатуру).
19 век ознаменовался открытиями в области физиологии растений - работы Дж. Пристли, Н. Соссюра, Ж. Ингенхауза, механизм фотосинтеза в своем труде описал знаменитый русский ученый А. Тимирязев.
Предмет, задачи и объект изучения
Ботаника, как и все науки, имеет собственные предмет, объект, цели, задачи и методы.
Предметом ботаники, исходя из определения, является:
- эволюция мира растений с момента зарождения жизни на Земле и до наших дней;
- взаимосвязь между особенностями растений и условиями их обитания;
- принципы и закономерности формирования растительного покрова на нашей планете;
- строение, особенности жизнедеятельности наших зеленых собратьев.
Любая наука имеет задачи, а ученые должны найти их решение. В ботанике это:
- изучение растений как отдельно, так и в совокупности;
- охрана растительных ресурсов, контроль за редкими и исчезающими видами;
- повышение урожайности сельскохозяйственных культур, выработка у них устойчивости к заболеваниям;
- выявление закономерностей развития природы и способов охраны окружающей среды;
- создание новых сортов.
По объектам изучения науку разделяют на:
Основные разделы
Знание о растениях - комплексная наука, которой свойственно деление на отрасли. Принято выделять в ботанике, как биологической науке, разделы ботаники:
Прикладные дисциплины
Учитывая обширность предметов ботаники как науки о растениях, некие разделы ботаники выделены в отдельные прикладные дисциплины.
Фитопатология - изучает болезни растений, вызванные инфекциями (патогенами), либо экологическими проблемами. Занимается также профилактикой болезней, разработкой средств борьбы с заболеваниями.
Фармакогнозия - эта прикладная дисциплина изучает те растения, которые обладают лечебными свойствами и могут быть использованы для изготовления лекарственных препаратов.
Агробиология - изучает принципы применения основных биологических закономерностей в сельском хозяйстве.
Методы исследования
Ботаника - это раздел науки о растениях, комплексная дисциплина, которая в своих исследованиях пользуется различными методами, как общими (наблюдение, эксперимент, сравнение, анализ и синтез), так и специальными (в зависимости от изучаемого уровня организации). Вторые рассмотрим подробнее:
Проблема вымирания видов в ботанике
Изначально проблема вымирания видов была вовсе не проблемой, а лишь результатом естественного отбора. Снижение численности видового разнообразия Земли было связано с изменением климата, с повышенной вулканической активностью, падением небесных тел и т. д.
С появлением первых людей и их расселением по планете начался принципиально новый этап вымирания видов, как животных, так и растений (около 100 000 лет назад). Охотясь и занимаясь собирательством, человек разрушал существовавшую среду обитания.
Исчезновение отдельных видов порождает такие проблемы, как:
- уменьшение природных богатств;
- утрата уникального генетического материала, присущего каждому виду;
- возникновение угрозы стабильности экосистем при исчезновении одного звена;
- угроза существующим видам - при исчезновении одного вида у вторых возникают популяционные изменения.
Ботаника - это раздел науки об объектах растительного мира, который исследует, анализирует и делает выводы о проблемах существования растений, водорослей, грибов. Для человека подобные знания играют ключевую роль в формировании комфортных условий жизни.
Связь с другими науками
Как и любая общественная наука, ботаника не может существовать, не интегрируя с другими отраслями.
Ботаника - это раздел науки о существовании растений, который связан с такими дисциплинами:
- палеоботаника - наука об ископаемых растениях, широко применяет в исследованиях данные геологии;
- биохимия, с помощью которой ботаника имеет тесную связь с химией;
- геоботаника и экология связывает науку с географией и почвоведением;
- фармакогнозия - с фармацевтикой.
В современном мире ботаника становится все больше востребованной. Ученые активно изучают вымирающие виды растений и разрабатывают планы по охране окружающей среды. Особенно это касается видов, занесенных в Красную Книгу, ведь вымирание всего одного растения из-за человеческого фактора нарушает экологический баланс, который формировался миллионами лет.
