Gymnázium a Střední odborná škola pedagogická, Čáslav, Masarykova 248
Moderní biologie reg. č.: CZ.1.07/1.1.32/02.0048 TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY
Učební text OB06
DĚJINY BIOLOGIE Učební text pro čtyřletá gymnázia a vyšší ročníky osmiletých gymnázií
Zhotovil: Mgr. Tomáš Hasík G a SOŠPg Čáslav
Dějiny biologie Biologie je věda, zabývající se stavbou, fungováním, vývojem a postavením živé hmoty. Snaží se mj. poznat podstatu života a jeho zákonitosti. Termín „biologie“ poprvé použili v roce 1802 nezávisle na sobě francouzský přírodovědec Jean Baptiste de Lamarck a Němec Gottfried Reinhold Treviranus v díle „Biologie oder Philosophie der lebenden Natur“. Jedná se o složeninu řeckých slov „bios“ (život) a „logos“ (věda). Zkušenostmi nabyté poznatky o zvířatech a rostlinách byly po všech stránkách nepostradatelné pro pravěké lovce a posléze i první zemědělce. Neméně důležitá pro ně byla znalost léčitelství, které se překvapivě neomezovalo jen na jednoduché léčebné postupy (užívání bylin). Již v pravěku se lidé pokoušeli provádět složitější chirurgické úkony (např. ošetření zlomenin či amputace). Pro uchování a šíření poznatků měl klíčový význam vynález písma. Ze starověké Číny (37. století př. n. l.) pochází údajně nejstarší přírodopisné dílo, ve kterém jsou popisovány léčivé rostliny. Ve 3. tisíciletí př. n. l. existovaly v Egyptě anatomické spisy, ve stejném období se v sumerské říši (jižní Mezopotámie) podle záznamů vyučovalo o místní fauně a flóře. Největšího rozmachu dosáhly ve starověku přírodovědné poznatky v Řecku a později v Římě. V antice byly znalosti o přírodě součástí tzv. filozofie jakožto souhrnu veškerého tehdejšího vědění, neboť samostatné přírodovědné disciplíny dosud neexistovaly. Z mnoha řeckých učenců je třeba jmenovat Hippokrata z Kóu (460 – 377 př.n.l.) a Aristotela ze Stageiry (384 – 322 př.n.l.). Lékař Hippokrates proslul založením lékařské školy na Knósu a seriózně pojatou diagnostikou chorob. V rámci spisu o dietě sestavil i první známý zoologický systém, který se týkal poživatelných zvířat. Aristoteles, považovaný za nejvšestrannějšího myslitele antiky, ve svých přírodovědně zaměřených dílech popsal přes 500 různých živočichů, přičemž si všímal jejich stavby, způsobu života a rozmnožování. Živočichy též systematicky třídil a pokusil se vymezit pojem „druh“. Je považován za otce zoologie (pozn.: za zakladatele botaniky je považován Aristotelův žák Theofrastos). Aristotelovo učení později ovlivnilo skrze italského teologa Tomáše Akvinského (1225 či 26 – 1274) vnímání světa ve středověké Evropě a jeho teorie abiogeneze nižších živočichů (samoplození, vznik živých organismů z neživé hmoty) dokonce přetrvala až do 19. století, kdy ji definitivně vyvrátil L. Pasteur (částečně se o to pokoušeli již jeho předchůdci - např. Francesco Redi v 17. stol. či Lazzaro Spallanzani v 18. stol). Řecká kultura ovlivnila antický Řím, což platí i pro přírodní vědy. Plinius (23 – 79 n.l.) je autorem rozsáhlého kompilačního díla Historia naturalis, ve kterém zaznamenal zoologické, botanické, mineralogické i lékařské poznatky téměř 500 řeckých a římských autorů. Dílo římského lékaře Marca Aurelia Galena (129 – 205 n.l.) ovlivnilo (obdobně jako Hippokratovo učení, ze kterého vycházelo) lékařskou vědu až do 19. století. Období evropského středověku (5. – 15. stol.) znamenalo výrazné potlačení svobodného přírodovědného zkoumání, neboť hrozilo narušit církevní hegemonii. Na lékařských fakultách evropských universit, které vznikaly postupně od počátku 12. století, se praktikovala převážně teoretická výuka. Četla se díla církví uznávaných autorů – Hippokrata, Aristotela, Galéna či
Avicenny (viz. níže). Praktická anatomie či chirurgie se vyučovaly jen výjimečně, např. v Bologni. Pitvy lidských těl i chirurgické zákroky byly totiž církví od 12. století zakázány a povolovaly se jen zřídka. Ke světlým zjevům středověkých přírodních věd patřil anglický františkánský filozof a přírodovědec Roger Bacon (1214 – 1296). Zabýval se mj. optikou (zákon lomu a odrazu světla) a pro poznávání přírody zdůrazňoval význam pozorování a pokusu. Za své postoje byl církví odsouzen a vězněn. Přírodním vědám, jako matematice, astronomii, geografii či lékařství se ve středověku naopak dařilo v rozsáhlé arabské říši (8. – 12. stol.). Arabové vycházeli z antických poznatků a rozvíjeli je. Jejich spisy byly dokonce překládány do latiny a zprostředkovávány Evropě. Nejznámějším představitelem arabské středověké vědy je filozof a lékař Abu Alí Ibn Síná alHusajn Ibn Abdalláh, známý pod jménem Avicenna (980 – 1037). Jeho filozofické názory měli až do 13. století vliv na křesťanskou filozofii a jeho lékařské poznatky se uplatňovaly dokonce ještě o několik století déle. S nástupem renesance a humanismu na konci 15. století nastal v Evropě významný obrat. Kromě nastupujících společenských změn měl pro šíření nových poznatků zásadní význam objev knihtisku v roce 1445. V průběhu 16. a 17. století postupně padala všechna tabu platící dosud pro přírodovědná bádání a začaly se formovat novodobé základy rodících se biologických disciplín. V souladu s ideou humanismu se dostává do popředí zájmu badatelů lidské tělo. Prostředkem jeho bližšího poznání se staly pitvy, posléze i veřejné. První moderní učebnicí anatomie se stala v roce 1543 „De humanis corporis fabrica libri septem“ (O stavbě lidského těla knihy sedmery) od Vláma Andrea Vesalia (1514 – 1564), jež se stal zakladatelem moderní anatomie. Za zakladatele fyziologie živočichů je považován Angličan Wiliam Harvey (1578 – 1657), který ve svém díle „Execitatio anatomica de motu cordis et sanguinis in animalibus“ (Anatomická pozorování o pohybu srdce a krve u živočichů) z roku 1628 vysvětlil v hrubých rysech princip krevního oběhu. Vyvrátil doposud přetrvávající Galénův názor, že se krev v tkáních ztrácí. Harvey studoval i zárodečný vývin živočichů. Renesanční přírodovědné výzkumy obohatily též botanické a zoologické poznání. V této době vznikla potřeba popsat a utřídit velké množství dosud Evropanům neznámých rostlin a živočichů, přivážených ze zámořských cest. Zájem renesančních botaniků se z lékařského využití rostlin rozšiřuje o jejich morfologii, systém a posléze i fyziologii. Jedním z průkopníků botanické systematiky byl švýcarský lékař Gaspard Bauhin (1560 – 1624), který se snažil rostliny třídit podle morfologických znaků a přiděloval jim jméno rodové a jedno až tři jména druhová. Vznikaly i první atlasy rostlin (Otto Brunfels, 1488 – 1534), které postupně získaly oblibu i u širší veřejnosti (např. i v Čechách vydaný Herbář Pietra Andrea Mattioliho, 1501 – 1577). Též osamostatněná zoologie se mohla pyšnit svými atlasy (např. Durerem ilustrovaný „Historia naturalium“ švýcarského lékaře Konrada Gesnera, 1516 – 1565). Pro další rozvoj přírodních věd byl významný vznik akademií (1603 v Římě, 1662 v Londýně, 1666 v Paříži). Jednalo se o pokrokové vědecké instituce, které sdružovaly víceméně amatérské badatele. Vydáváním vlastních časopisů přispívaly k šíření nových poznatků a až do 18. a 19. stol. po vědecké stránce zastiňovaly dosud s církví provázané university. Kolem roku 1590 zkonstruovali holandští brusiči Jannsenové jednoduchý mikroskop. Jeho zdokonalení znamenalo nové možnosti biologických objevů. K průkopníkům mikroskopie patřili Angličan Robert Hooke (1635 – 1703), italský papežský lékař Marcello Malpighi
(1628 – 1694) a holandský obchodník s látkami Antony van Leeuwenhoek (1632 – 1732). Robert Hooke ve svém díle Micrographia z roku 1665 publikoval popis mikroskopických útvarů, které pozoroval mikroskopem vlastní konstrukce v korku a jež nazval cellulae (= komůrky, buňky). (pozn.: stavbu živočišných organismů z buněk později dokazoval Caspar Friedrich Wolff). Marcello Malphigi je považován za zakladatele mikroskopické anatomie. Objevil mj. krevní vlásečnice savců, plicní sklípky či vylučovací orgány hmyzu – Malphigiho trubice. Zkoumal i mikroskopickou stavbu rostlin. Antony van Leeuwenhoek sestavoval od roku 1668 jednoduché vlastní mikroskopy (asi 500 kusů, zvětšení 270x) a mj. objevil prvoky (1674) a bakterie (1683). K významným přírodovědcům 18. stol. patřil Ital Giovanni Battista Morgagni (1682 – 1771) – zakladatel patologické anatomie (dílo De sedibus et causis morborum per anatomen indagatis – O sídlech a příčinách chorob zjištěných pitvou, 1761). Caspar Friedrich Wolff (1734 – 1794) významně přispěl k poznání zárodečného vývoje obratlovců, když svou prací o vývoji zárodku z nerozlišené hmoty vyvrátil představy tzv. preformistů, kteří věřili, že ve spermiích (animalkulisté, např. Leeuwenhoek) či ve vajíčku (ovisté, např. Malpighi) je skryt miniaturní jedinec, který po kontaktu s protikladnou pohlavní buňkou začne růst. V 18. stol. díky osobě gottingenského profesora Albrechta von Hallera (1708 – 1777) došlo k osamostatnění fyziologie. Pokračovaly také pokusy o třídění organismů. Vrcholem byl systém švédského přírodovědce, profesora v Uppsale, Carla Linného (1707 – 1778), který navázal na práce svých předchůdců – zejména Johna Raye (1627 – 1705), jež sestavil systém rostlin (rozdělil je mj. na jednoděložné a dvouděložné) i živočichů a vytvořil poměrně dokonalou definici druhu. Základními díly Linnéovými se staly „Species plantarum“ z roku 1753 pro botanický systém a 10. vydání „Systema naturae“ z roku 1758 pro zoologický systém. V obou je poprvé užito binomické nomenklatury (pojmenování organismů jménem rodovým a druhovým). Linné odmítal možnost vzniku nových druhů, považoval druhy za neměnné. Později připustil možnost vzniku nových druhů (rostlin), například křížením. Problematiku vzniku a vývoje druhů propracoval Linného současník Georges Louis Leclerc Buffon (1707 – 1788). Svými názory o možné proměně jedněch druhů vlivem prostředí v jiné ovlivnil další badatele (např. Lamarcka – viz. níže). Buffon se stal posledním přírodovědcem, který se zodpovídal za své názory inkvizici. Svoje učení byl nucen odvolat. Přelom 18. a 19. stol. a první polovina 19. stol. je ve znamení překotného vývoje jednotlivých biologických oborů. K rozvoji cytologie, fyziologie, embryologie a dalších oborů přispěla dokonalejší laboratorní technika (nové typy mikroskopů, mikrotomy, podložní a krycí skla aj.) a mikroskopické metody (tenké řezy, barvení buněk apod.). Na konci 18. stol. byly položeny základy imunologie, nauky o obranyschopnosti organismu. Anglický lékař Edward Jenner (1749 – 1823) poprvé úspěšně vyzkoušel očkování proti neštovicím (rok 1796). Uznávaným anatomem své doby byl Georges Cuvier (1769 – 1832). Na základě zbytků kosterního materiálu dokázal rekonstruovat tělesnou stavbu vyhynulých živočichů, myšlenku přeměn jedněch druhů v jiné však odmítal. Vlastní evoluční teorii naopak rozpracoval Cuvierův současník a odpůrce Jean Baptiste de Lamarck (1744 – 1829).
Mezníkem ve vývoji biologie byla formulace buněčné teorie – těla všech organismů jsou složena z buněk, tj. základním stavebním kamenem organismu je buňka. K tomuto poznání významně přispěl vratislavský profesor, český fyziolog světové úrovně, Jan Evangelista Purkyně (1787 – 1869). Za vlastní tvůrce buněčné teorie jsou považováni němečtí fyziologové Matthias Jacob Schleiden (1804 – 1881) a Theodor Schwann (1810 – 1882). Schleiden v roce 1838 doložil, že buňka je nejmenší fyziologickou jednotkou rostlinného těla a že vyšší rostliny představují buněčný systém, jehož dílčí části jsou specializované. Schwann v roce 1839 publikoval názor, že vývoj rostlin i živočichů se opírá o tvoření a růst buněk. První polovina 19. stol. je obdobím činnosti mnoha dalších významných fyziologů. Příkladem je možno uvést pařížského profesora Francoise Magendieho (1783 – 1842), jež proslul popsáním nervového reflexního oblouku. Problematikou nervových reflexů se zabýval také český vědec Jiří Procházka (1749 – 1820). Pokračovaly i výzkumy embryologické. Na dřívější výzkumy Caspara Friedricha Wolffa (viz. výše) navázal mj. Karl Ernst von Baer (1792 – 1876), který poukázal na to, že zárodek během svého vývinu nabývá nejprve znaků obecných, později znaků specifických pro menší skupinu a nakonec znaků druhových. Dále zobecnil poznatky o zárodečném formování orgánů a jejich soustav ze tří vrstev buněk, tzv. zárodečných listů. Ty byly později pojmenovány ektoderm, entoderm a mezoderm. Druhá polovina 19. stol. je poznamenána vydáním díla anglického přírodovědce Charlese Darwina (1809 – 1882) „On the origin of species“ (O původu druhů) roku 1859. Darwin zde prezentuje novou evoluční teorii založenou na principu tzv. přírodního (též přirozeného) výběru. Ve své době se jednalo o průlomové a také značně kontroverzní dílo. Mechanismus přírodního výběru spočívá v selekci jedinců, kteří jsou méně přizpůsobení daným podmínkám prostředí a naopak v přežívání jedinců, jejichž vlastnosti jsou pro existující prostředí optimálnější. Takoví jedinci v prostředí nejen s větší pravděpodobností přežívají, ale také se rozmnožují a předávají tak své vlastnosti do další generace. Darwinova teorie je v principu platná i v současnosti. Přestože je v souladu s poznatky genetiky a molekulární biologie, má však (stejně jako v době svého vzniku) celou řadu odpůrců, zejména z konzervativních politicko-náboženských kruhů. Počátky genetiky, jakožto nauky o dědičnosti a proměnlivost, jsou neodmyslitelně spjaty s „Moravanem německé řeči“ Gregorem Johannem Mendelem. Tento objevitel zákonitostí dědičnosti (dnes známých jako Mendelovy zákony) publikoval výsledky svých pokusů s křížením hrachu roku 1866 v díle „Versuche über Planzen-Hybriden“ (Pokusy s rostlinnými hybridy). Výsledky jeho zkoumání však předběhly o několik desetiletí svou dobu a na čas upadly do zapomnění. Genetika se tak znovu objevila až na počátku 20. století, kdy je spjata se jmény jako Wiliam Bateson (poprvé užil termínu „genetika“) či Thomas Morgan (prokázal uložení genů na chromozomech). Období druhé poloviny 19. století je také charakterizováno rozvojem technických zařízení a laboratorních postupů. Výsledkem bylo mj. poznání vztahu mezi patogenními organismy a chorobou jakožto důsledkem jejich působení. Mezi nejvýznačnější mikrobiology historie se řadí Francouz Louis Pasteur (proslul např. vypracováním metodiky tepelné konzervace – pasterizace či očkováním proti vzteklině) a německý přírodovědec Robert Koch (mj. zakladatel mikrofotografie, objevitel původců tuberkulózy a cholery). Mezi nejvýznamnější osobnosti biologie a lékařství první poloviny 20. století je možno jmenovat objevitele krevních skupin systémů ABO a Rh Karla Landsteinera (krevní skupiny
objevil nezávisle i český psychiatr Jan Janský), ruského fyziologa Ivana Petroviče Pavlova (proslavil se pokusy s podmíněnými reflexy psů), dalšího Rusa Alexandra Ivanoviče Oparina (autor teorie evoluční abiogeneze vysvětlující vznik života) a skotského lékaře Alexandera Fleminga (objev penicilinu v roce 1928, následně izolován v roce 1940 Ernstem Chainem a Howardem Floreym). K významným biochemickým objevům patří popsání cyklu kyseliny citrónové v procesu buněčného dýchání Hansem Adolfem Krebsem (rok 1937) a fixace uhlíku v temnostní fázi fotosyntézy Melvinem Calvinem (počátek 50. let). K nejvýznamnějším objevům historie lidstva se však bezesporu řadí objev struktury deoxyribonukleové kyseliny (DNA) z roku 1953, za který později obdrželi Francis Crick, James Watson a Maurice Wilkins Nobelovu cenu. K objevu významně přispěla svou prací i Rosalind Franklinová, která se však udělení Nobelovy ceny nedožila. Znalost struktury DNA se stala klíčovou pro další rozvoj obecné biologie a genetiky. V současné době se prohlubuje specializace jednotlivých biologických disciplín, přičemž bouřlivý rozvoj zaznamenává hlavně oblast molekulární biologie a biochemie stojící na pomezí biologie a chemie. V popředí stojí snaha vytvářet nová farmaceutika (virolog Antonín Holý), donedávna nemyslitelné léčebné postupy a genetické modifikace (geneticky modifikované organismy, klonování).
