Зоология ( / z oʊ ˈ ɒ l ə dʒ i / zoh- OL -ə-jee ) [примечание 1] — научное изучение животных . Его исследования включают строение , эмбриологию , классификацию , повадки и распространение всех животных, как ныне живущих, так и вымерших , а также то, как они взаимодействуют со своими экосистемами . Зоология — одна из основных отраслей биологии . Этот термин происходит от древнегреческого ζῷον , zōion («животное») и λόγος , logos («знание», «изучение»). [1]
Хотя люди всегда интересовались естественной историей животных, которых они видели вокруг себя, и использовали эти знания для одомашнивания определенных видов, можно сказать, что формальное изучение зоологии зародилось у Аристотеля . Он рассматривал животных как живые организмы, изучал их строение и развитие, рассматривал их приспособления к окружающей среде и функции их частей. Современная зоология берет свое начало в эпоху Возрождения и в ранний современный период, с Карлом Линнеем , Антони ван Левенгуком , Робертом Гуком , Чарльзом Дарвином , Грегором Менделем и многими другими.
Изучение животных в значительной степени перешло к изучению формы и функций, адаптации, отношений между группами, поведения и экологии. Зоология все чаще подразделяется на такие дисциплины, как классификация , физиология , биохимия и эволюция . С открытием структуры ДНК Фрэнсисом Криком и Джеймсом Уотсоном в 1953 году открылась область молекулярной биологии , что привело к достижениям в клеточной биологии , биологии развития и молекулярной генетике .
История зоологии прослеживает изучение животного царства с древнейших времен до современности. Доисторическим людям нужно было изучать животных и растения в окружающей их среде, чтобы эксплуатировать их и выжить. Наскальные рисунки, гравюры и скульптуры во Франции, датируемые 15 000 лет назад, изображают зубров, лошадей и оленей в тщательно прорисованных деталях. Подобные изображения из других частей мира иллюстрировали в основном животных, на которых охотились ради еды, и диких животных. [2]
Неолитическая революция , характеризующаяся одомашниванием животных , продолжалась на протяжении всей Античности. Древние знания о дикой природе иллюстрируются реалистичными изображениями диких и домашних животных на Ближнем Востоке, в Месопотамии и Египте, включая методы и методы земледелия, охоты и рыбалки. Изобретение письменности отразилось в зоологии наличием животных в египетских иероглифах. [3]
Хотя концепция зоологии как единой целостной области возникла гораздо позже, зоологические науки возникли из естествознания , восходящего к биологическим трудам Аристотеля и Галена в древнем греко-римском мире . В четвертом веке до нашей эры Аристотель смотрел на животных как на живые организмы, изучая их строение, развитие и явления жизнедеятельности. Он разделил их на две группы: животные с кровью, эквивалентные нашему представлению о позвоночных , и животные без крови, беспозвоночные . Он провел два года на Лесбосе , наблюдая и описывая животных и растения, рассматривая приспособления различных организмов и функции их частей. [4] Четыреста лет спустя римский врач Гален препарировал животных, чтобы изучить их анатомию и функции различных частей, поскольку вскрытие человеческих трупов в то время было запрещено. [5] Это привело к тому, что некоторые из его выводов оказались ложными, но на протяжении многих столетий оспаривание каких-либо его взглядов считалось ересью , поэтому изучение анатомии сводилось на нет. [6]
В постклассическую эпоху ближневосточная наука и медицина были самыми передовыми в мире, объединяя концепции Древней Греции, Рима, Месопотамии и Персии, а также древнеиндийскую традицию Аюрведы , одновременно делая многочисленные достижения и инновации. [7] В 13 веке Альберт Великий подготовил комментарии и пересказы всех работ Аристотеля; его книги по таким темам, как ботаника , зоология и минералы, включали информацию из древних источников, а также результаты его собственных исследований. Его общий подход был на удивление современным, и он писал: «Ибо [задача] естествознания заключается не просто в том, чтобы принять то, что нам говорят, но и в исследовании причин естественных вещей». [8] Первым пионером был Конрад Гесснер , чья монументальная 4500-страничная энциклопедия животных « Historia Animalium » была опубликована в четырех томах между 1551 и 1558 годами. [9]
В Европе работы Галена по анатомии оставались непревзойденными и неоспоримыми вплоть до 16 века. [10] [11] В эпоху Возрождения и раннего Нового времени зоологическая мысль произвела революцию в Европе благодаря возобновлению интереса к эмпиризму и открытию многих новых организмов. Видными представителями этого движения были Андреас Везалий и Уильям Гарвей , которые использовали эксперименты и тщательные наблюдения в физиологии , а также натуралисты, такие как Карл Линней , Жан-Батист Ламарк и Бюффон , которые начали классифицировать разнообразие жизни и летопись окаменелостей , а также изучает развитие и поведение организмов. Антони ван Левенгук провел новаторскую работу в области микроскопии и открыл ранее неизвестный мир микроорганизмов , заложив основу клеточной теории . [12] Наблюдения ван Левенгука были поддержаны Робертом Гуком ; все живые организмы состояли из одной или нескольких клеток и не могли самопроизвольно зарождаться. Клеточная теория открыла новый взгляд на фундаментальные основы жизни. [13]
Раньше зоология была сферой господ натуралистов, но в XVIII, XIX и XX веках зоология становилась все более профессиональной научной дисциплиной . Исследователи-натуралисты, такие как Александр фон Гумбольдт, исследовали взаимодействие между организмами и окружающей их средой, а также то, как эти отношения зависят от географии, закладывая основы биогеографии , экологии и этологии . Натуралисты стали отвергать эссенциализм и учитывать важность вымирания и изменчивости видов . [14]
Эти разработки, а также результаты эмбриологии и палеонтологии были синтезированы в публикации в 1859 году теории эволюции Чарльза Дарвина путем естественного отбора ; этим Дарвин поставил теорию органической эволюции на новую основу, объяснив процессы, посредством которых она может происходить, и предоставив наблюдательные доказательства того, что это произошло. [15] Теория Дарвина была быстро принята научным сообществом и вскоре стала центральной аксиомой быстро развивающейся биологической науки. Основой современной генетики стала работа Грегора Менделя по гороху в 1865 году, хотя значение его работы в то время еще не осознавалось. [16]
Дарвин дал новое направление морфологии и физиологии , объединив их в общую биологическую теорию: теорию органической эволюции. Результатом стала реконструкция классификации животных на генеалогической основе, новые исследования развития животных и ранние попытки определить их генетические связи. В конце XIX века наблюдался упадок спонтанного зарождения и появление микробной теории болезней , хотя механизм наследования оставался загадкой. В начале 20 века повторное открытие работ Менделя привело к быстрому развитию генетики , а к 1930-м годам сочетание популяционной генетики и естественного отбора в современном синтезе создало эволюционную биологию . [17]
Исследования в области клеточной биологии взаимосвязаны с другими областями, такими как генетика, биохимия , медицинская микробиология , иммунология и цитохимия . С секвенированием молекулы ДНК Фрэнсисом Криком и Джеймсом Уотсоном в 1953 году открылась сфера молекулярной биологии , что привело к достижениям в клеточной биологии , биологии развития и молекулярной генетике . Изучение систематики претерпело изменения, поскольку секвенирование ДНК выявило степень родства между различными организмами. [18]
Зоология — раздел науки, изучающий животных . Вид можно определить как самую большую группу организмов , в которой любые две особи соответствующего пола могут производить плодовитое потомство; было описано около 1,5 миллионов видов животных, и было подсчитано, что, как и покемане, может существовать до 8 миллионов видов животных. [19] Первоначальной необходимостью было идентифицировать организмы и сгруппировать их в соответствии с их характеристиками, различиями и отношениями, и это область деятельности систематика . Первоначально считалось, что виды неизменны, но с появлением теории эволюции Дарвина возникла область кладистики , изучающая отношения между различными группами или кладами . Систематика — это изучение разнообразия живых форм, эволюционная история группы известна как ее филогения , а отношения между кладами можно схематически показать на кладограмме . [20]
Хотя тот, кто проводил научные исследования животных, исторически называл себя зоологом, этот термин стал обозначать тех, кто занимается отдельными животными, а другие называют себя более конкретно физиологами, этологами, биологами-эволюционистами, экологами, фармакологами и т. д. эндокринологи или паразитологи. [21]
Хотя изучение жизни животных является древним, его научное воплощение относительно современно. Это отражает переход от естествознания к биологии в начале XIX века. Со времен Хантера и Кювье сравнительно- анатомическое исследование было связано с морфографией , сформировав современные области зоологических исследований: анатомию , физиологию , гистологию , эмбриологию , тератологию и этологию . [22] Современная зоология впервые возникла в немецких и британских университетах. В Великобритании Томас Генри Хаксли был видной фигурой. Его идеи были сосредоточены на морфологии животных. Многие считают его величайшим сравнительным анатомом второй половины XIX века. Как и в случае с Хантером , его курсы состояли из лекций и лабораторных практических занятий, в отличие от предыдущего формата только лекций.
Научная классификация в зоологии – это метод, с помощью которого зоологи группируют и классифицируют организмы по биологическому типу , например, роду или виду . Биологическая классификация — это форма научной систематики . Современная биологическая классификация берет свое начало в работах Карла Линнея , который сгруппировал виды по общим физическим характеристикам. С тех пор эти группировки были пересмотрены, чтобы лучше соответствовать дарвиновскому принципу общего происхождения . Молекулярная филогенетика , которая использует последовательность нуклеиновых кислот в качестве данных, привела к множеству недавних пересмотров и, вероятно, продолжит это делать. Биологическая классификация относится к науке зоологической систематике . [23]
Многие учёные сейчас считают систему пяти королевств устаревшей. Современные альтернативные системы классификации обычно начинаются с трехдоменной системы : археи (первоначально архебактерии); Бактерии (первоначально Eubacteria); Эукариоты (включая простейших , грибы , растения и животные ) [24] Эти домены отражают наличие у клеток ядра или нет, а также различия в химическом составе внешней поверхности клеток. [24]
Далее каждое царство рекурсивно разбивается до тех пор, пока каждый вид не будет классифицирован отдельно. Порядок: Домен ; Королевство ; тип ; сорт ; заказ ; семья ; род ; разновидность . Научное название организма образуется от его рода и вида. Например, люди указаны как Homo sapiens . Homo — это род, а sapiens — видовой эпитет; оба они вместе составляют название вида. При написании научного названия организма первую букву рода следует писать с заглавной буквы, а весь видовой эпитет писать строчными. Кроме того, весь термин может быть выделен курсивом или подчеркнут. [25]
Доминирующая система классификации называется таксономией Линнея . Он включает ранги и биномиальную номенклатуру . Классификация, таксономия и номенклатура зоологических организмов регулируются Международным кодексом зоологической номенклатуры . Проект объединения BioCode был опубликован в 1997 году в попытке стандартизировать номенклатуру, но до сих пор официально не принят. [26]
Зоология позвоночных — это биологическая дисциплина , которая занимается изучением позвоночных животных, то есть животных с позвоночником , таких как рыбы , амфибии , рептилии , птицы и млекопитающие . Различные таксономически ориентированные дисциплины, такие как маммология , биологическая антропология , герпетология , орнитология и ихтиология, стремятся идентифицировать и классифицировать виды и изучать структуры и механизмы, специфичные для этих групп. Остальное животное царство занимается зоологией беспозвоночных , обширной и очень разнообразной группой животных, в которую входят губки , иглокожие , оболочники , черви , моллюски , членистоногие и многие другие типы , но одноклеточные организмы или протисты обычно не включаются . . [20]
Клеточная биология изучает структурные и физиологические свойства клеток , включая их поведение , взаимодействия и окружающую среду . Это делается как на микроскопическом , так и на молекулярном уровне для одноклеточных организмов, таких как бактерии , а также специализированных клеток в многоклеточных организмах, таких как человек . Понимание структуры и функций клеток имеет фундаментальное значение для всех биологических наук. Сходства и различия между типами клеток особенно важны для молекулярной биологии.
Анатомия рассматривает формы макроскопических структур, таких как органы и системы органов. [27] Основное внимание уделяется тому, как органы и системы органов работают вместе в организме человека и других животных, а также тому, как они работают независимо. Анатомия и клеточная биология — это два тесно связанных исследования, которые можно отнести к категории «структурных» исследований. Сравнительная анатомия – это изучение сходств и различий в анатомии разных групп. Оно тесно связано с эволюционной биологией и филогенией ( эволюцией видов). [28]
Физиология изучает механические, физические и биохимические процессы живых организмов, пытаясь понять, как все структуры функционируют как единое целое. Тема «от структуры к функции» является центральной в биологии. Физиологические исследования традиционно делились на физиологию растений и физиологию животных , однако некоторые принципы физиологии универсальны, независимо от того, какой конкретный организм изучается. Например, то, что известно о физиологии дрожжевых клеток, можно применить и к клеткам человека. Область физиологии животных распространяет инструменты и методы физиологии человека на нечеловеческие виды. Физиология изучает, например, как функционируют и взаимодействуют нервная , иммунная , эндокринная , дыхательная и кровеносная системы. [29]
Биология развития — это изучение процессов, посредством которых животные и растения размножаются и растут. Дисциплина включает изучение эмбрионального развития , клеточной дифференциации , регенерации , бесполого и полового размножения , метаморфоза , а также роста и дифференцировки стволовых клеток во взрослом организме. [30] Развитие как животных, так и растений далее рассматривается в статьях по эволюции , популяционной генетике , наследственности , генетической изменчивости , менделевскому наследованию и воспроизводству .
Эволюционная биология — это раздел биологии, изучающий эволюционные процессы (естественный отбор, общее происхождение, видообразование), которые создали разнообразие жизни на Земле. Эволюционные исследования касаются происхождения и происхождения видов , а также их изменений с течением времени, и включают ученых из многих таксономически ориентированных дисциплин. Например, в нем обычно участвуют ученые, которые имеют специальную подготовку по конкретным организмам, таким как млекопитающие , орнитологии , герпетологии или энтомологии , но используют эти организмы как системы для ответа на общие вопросы эволюции. [31]
Эволюционная биология частично основана на палеонтологии , которая использует летопись окаменелостей для ответа на вопросы о способе и темпе эволюции [32] , а частично на разработках в таких областях, как популяционная генетика [33] и теория эволюции. После разработки методов снятия отпечатков пальцев ДНК в конце 20 века применение этих методов в зоологии улучшило понимание популяций животных. [34] В 1980-х годах биология развития вновь вошла в эволюционную биологию после ее первоначального исключения из современного синтеза посредством изучения эволюционной биологии развития . Смежные области, часто считающиеся частью эволюционной биологии, — это филогенетика , систематика и таксономия . [35]
Этология — это научное и объективное исследование поведения животных в естественных условиях [36] в отличие от бихевиоризма , который фокусируется на изучении поведенческих реакций в лабораторных условиях. Этологи были особенно озабочены эволюцией поведения и пониманием поведения с точки зрения теории естественного отбора . В каком-то смысле первым современным этологом был Чарльз Дарвин , чья книга « Выражение эмоций у человека и животных » оказала влияние на многих будущих этологов. [37]
Подразделом этологии является поведенческая экология , которая пытается ответить на четыре вопроса Николааса Тинбергена относительно поведения животных: каковы непосредственные причины поведения, история развития организма, ценность выживания и филогения поведения? [38] Еще одной областью исследований является познание животных , в котором используются лабораторные эксперименты и тщательно контролируемые полевые исследования для изучения интеллекта и обучения животных. [39]
Биогеография изучает пространственное распределение организмов на Земле , [40] уделяя особое внимание таким темам, как расселение и миграция , тектоника плит , изменение климата и кладистика . Это интегративная область исследования, объединяющая концепции и информацию из эволюционной биологии , таксономии , экологии , физической географии , геологии , палеонтологии и климатологии . [41] Происхождение этой области исследований широко приписывают Альфреду Расселу Уоллесу , британскому биологу, некоторые из его работ были опубликованы совместно с Чарльзом Дарвином . [42]
Молекулярная биология изучает общие генетические механизмы и механизмы развития животных и растений, пытаясь ответить на вопросы, касающиеся механизмов генетического наследования и структуры гена . В 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик описали структуру ДНК и взаимодействия внутри молекулы, и эта публикация положила начало исследованиям в области молекулярной биологии и повысила интерес к этому предмету. [43] Хотя исследователи практикуют методы, специфичные для молекулярной биологии, обычно они комбинируются с методами генетики и биохимии . Большая часть молекулярной биологии носит количественный характер, и в последнее время значительный объем работы был выполнен с использованием таких методов информатики, как биоинформатика и вычислительная биология .
Молекулярная генетика , изучение структуры и функции генов, была одной из наиболее известных областей молекулярной биологии с начала 2000-х годов. Другие разделы биологии получают информацию от молекулярной биологии, либо напрямую изучая взаимодействия молекул сами по себе, например, в клеточной биологии и биологии развития , либо косвенно, когда молекулярные методы используются для вывода об исторических атрибутах популяций или видов , как в области эволюционной биологии , такие как популяционная генетика и филогенетика . В биофизике также существует давняя традиция изучения биомолекул «с нуля», или молекулярно . [44]
2: научное и объективное изучение поведения животных, особенно в естественных условиях.