Новые
теоретические представления и продвижение биологического познания
вперед всегда определялись и определяются созданием и использованием
новых методов исследования.
Основными
методами, используемыми в биологических науках, являются описательный,
сравнительный, исторический и экспери- ментальный.
Описательный метод
является самым старым и заключается в сборе фактического материала и
его описании. Возникнув в самом начале биологического познания, этот
метод долгое время оставался един- ственным в изучении строения и
свойств организмов. Поэтому старая биология была связана с простым
отражением живого мира в виде описания растений и животных, т. е. она
являлась, по существу, описательной наукой. Использование этого метода
позволило заложить основы биологических знаний. Достаточно вспомнить,
насколько успешным оказался этот метод в систематике организмов.
Описательный
метод широко используется и сейчас. Изучение клеток с помощью светового
или электронного микроскопа и описание выявленных при этом
микроскопических или субмикроскопических особенностей в их строении
представляет собой один из примеров использования описательного метода
в настоящее время.
Сравнительный метод
заключается в сравнении изучаемых организмов, их структур и функций
между собой с целью выявления сходств и различий. Этот метод утвердился
в биологии в XVIII в. и оказался очень плодотворным в решении многих
крупнейших проблем. С помощью этого метода и в сочетании с описательным
методом были получены сведения, позволившие в XVIII в. заложить основы
систематики растений и животных (К. Линней), а в XIX в. сформулировать
клеточную теорию (М. Шлейден и Т. Шванн) и учение об основных типах
развития (К. Бэр). Метод широко применялся в XIX в. в обосновании
теории эволюции, а также в перестройке ряда биологических наук на
основе этой теории. Однако использование этого метода не сопровождалось
выходом биологии за пределы описательной науки.
Сравнительный
метод широко применяется в разных биологических науках и в наше время.
Сравнение приобретает особую цен- ность тогда, когда невозможно дать
определение понятия. Например, с помощью электронного микроскопа часто
получают изображения, истинное содержание которых заранее неизвестно.
Только сравнение их со светомикроскопическими изображениями позволяет
получить желаемые данные.
Во второй половине XIX в. благодаря Ч. Дарвину в биологию входит исторический метод,
который позволил поставить на научные основы исследование
закономерностей появления и развития организмов, становления структуры
и функций организмов во времени и пространстве. С введением этого
метода в биологию немедленно произошли значительные
качественные изменения. Исторический метод превратил биологию из науки
чисто описательной в науку, объясняющую, как произошли и как
функционируют многообразные живые системы. Благодаря этому методу
биология поднялась сразу на несколько ступеней выше. В настоящее время
исторический метод вышел, по существу, за рамки метода исследования. Он
стал всеобщим подходом к изучению явлений жизни во всех биологических
науках.
Экспериментальный метод
заключается в активном изучении того или иного явления путем
эксперимента. Нельзя не отметить, что вопрос об опытном изучении
природы как новом принципе естественно-научного познания, т. е. вопрос
об эксперименте как одной из основ в познании природы, был поставлен
еще в XVII в. английским философом Ф. Бэконом (1561-1626). Его введение в
биологию связано с работами В. Гарвея в XVII в. по изучению
кровообращения. Однако экспериментальный метод широко вошел в биологию
лишь в начале XIX в., причем через физиологию, в которой стали
использовать большое количество инструментальных методик, позволявших
регистрировать и количественно характеризовать приуроченность функций к
структуре. Благодаря трудам Ф. Мажанди (1783-1855), Г. Гельмгольца
(1821-1894), И.М. Сеченова (1829-1905), а также классиков эксперимента
К. Бернара (1813-1878) и И.П. Павлова (1849-1936) физиология, вероятно,
первой из биологических наук стала экспериментальной наукой.
Другим
направлением, по которому в биологию вошел экспериментальный метод,
оказалось изучение наследственности и изменчивости организмов. Здесь
главнейшая заслуга принадлежит Г. Менделю, который, в отличие от своих
предшественников, использовал эксперимент не только для получения
данных об изучаемых явлениях, но и для проверки гипотезы, формулируемой
на основе получаемых данных. Работа Г. Менделя явилась классическим
образцом методологии экспериментальной науки.
В
обосновании экспериментального метода важное значение имели работы,
выполненные в микробиологии Л. Пастером (1822-1895), который впервые
ввел эксперимент для изучения брожения и опровержения теории
самопроизвольного зарождения микроорганизмов, а затем для разработки
вакцинации против инфекционных болезней. Во второй половине XIX в.
вслед за Л. Пастером значительный вклад в разработку и обоснование
экспериментального метода в микробиологии внесли Р. Кох
(1843-1910), Д. Листер (1827-1912), И.И. Мечников (1845-1916), Д.И.
Ивановский (1864-1920), С.Н. Виноградский (1856- 1890), М. Бейерник
(1851-1931) и др. В XIX в. биология обогатилась также созданием
методических основ моделирования, которое является также высшей формой
эксперимента. Изобретение Л. Пастером, Р. Кохом и другими
микробиологами способов заражения лабораторных животных патогенными
микроорганизмами и изучение на них патогенеза инфекционных болезней -
это классический пример моделирования, перешедшего в XX в. и
дополненного в наше время моделированием не только разных болезней, но
и различных жизненных процессов, включая происхождение жизни.
Начиная,
например, с 40-х гг. XX в. экспериментальный метод в биологии подвергся
значительному усовершенствованию за счет повышения разрешающей
способности многих биологических методик и разработки новых
экспериментальных приемов. Так, была повышена разрешающая способность
генетического анализа, ряда иммунологических методик. В практику
исследований были введены культивирование соматических клеток,
выделение биохимических мутантов микроорганизмов и соматических клеток
и т. д. Экспериментальный метод стал широко обогащаться методами физики
и химии, которые оказались исключительно ценными не только в качестве
самостоятельных методов, но и в сочетании с биологическими методами.
Например, структура и генетическая роль ДНК были выяснены в результате
сочетанного использования химических методов выделения ДНК, химических
и физических методов определения ее первичной и вторичной структуры и
биологических методов (трансформации и генетического анализа бактерий),
доказательства ее роли как генетического материала.
В
настоящее время экспериментальный метод характеризуется исключительными
возможностями в изучении явлений жизни. Эти возможности определяются
использованием микроскопии разных видов, включая электронную с техникой
ультратонких срезов, биохимических методов, высокоразрешающего
генетического анализа, иммунологических методов, разнообразных методов
культивирования и прижизненного наблюдения в культурах клеток, тканей и
органов, маркировки эмбрионов, оплодотворения в пробирке, метода
меченых атомов, рентгеноструктурного анализа, ультрацентрифугирования,
спектрофотометрии, хроматографии, электрофореза, секвенирования,
конструкции биологически активных рекомбинантных молекул
ДНК и т. д. Новое качество, заложенное в экспериментальном методе,
вызвало качественные изменения и в моделировании. Наряду с
моделированием на уровне органов в настоящее время развивается
моделирование на молекулярном и клеточном уровнях.
Оценивая
методологию изучения природы в XV-XIX вв., Ф. Энгельс отмечал, что
«разложение природы на ее определенные части, разделение
различных процессов и предметов природы на определенные классы,
исследование внутреннего строения органических тел по их многообразным
анатомическим формам - все это было основным условием тех исполинских
успехов, которые были достигнуты в области познания природы за
последние четыреста лет». Методология «разделения»
перешла и в XX в. Однако в подходах к изучению жизни произошли
несомненные изменения. Новое, заложенное в экспериментальном методе и
его техническом оснащении, определило и новые подходы к изучению
явлений жизни. Продвижение вперед биологических наук в XX в. во многом
определилось не только экспериментальным методом, но и системно-
структурным подходом к изучению организации и функций живых организмов,
анализом и синтезом данных о структуре и функциях исследуемых объектов.
Экспериментальный метод в современном оснащении и в сочетании со
системно-структурным подходом в корне преобразил биологию, расширил ее
познавательные возможности, еще больше связал ее с медициной, с
производством.