¿En qué etapa entró la biología después de la década de 1950?
Diversas ramas de la biología, incluyendo taxonomía, fisiología, evolución, etc. , se lograron avances importantes, pero las principales ramas que cambiaron fundamentalmente el rostro de la biología fueron la genética, la bioquímica y la microbiología. Después de que se redescubrieran las leyes de Mendel en 1900, el estudio de la genética se combinó con la citología para establecer la genética. En la década de 1930, la genética se consideraba la teoría rectora para estudiar la herencia de rasgos tanto a nivel individual como poblacional. Por tanto, la genética juega un papel importante en la biología y la ciencia en su conjunto. Desde el aislamiento de la zimasa de la bioquímica en 1877, la investigación sobre el metabolismo en los organismos ha progresado rápidamente y las vías catabólicas en los organismos estaban básicamente claras en la década de 1940. Al mismo tiempo, se han logrado grandes avances en el estudio de las propiedades enzimáticas y la bioenergética. Para las sustancias básicas de la vida, como proteínas, ácidos nucleicos, azúcares y grasas, no sólo se aclaran los componentes básicos, sino que también se exploran las estructuras tridimensionales. La microbiología no sólo continuó estudiando mohos y bacterias, sino que también dilucidó la naturaleza de los virus y bacteriófagos en las décadas de 1930 y 1940. El desarrollo y la interacción de estas tres ramas sentaron las bases para el surgimiento de la biología molecular.
Después de la Segunda Guerra Mundial, la biología dio un salto cualitativo. El descubrimiento de la estructura de doble hélice del ADN en 1953 marcó el nacimiento de la biología molecular y el comienzo de la exploración de la biología, abriendo la puerta a desentrañar los misterios de la vida. Desde entonces, la decodificación del código genético y el establecimiento de la tecnología del ADN recombinante no sólo han creado la genética molecular, sino que también han logrado logros sobresalientes en oncología e inmunología a nivel molecular. También se produjeron importantes avances en neurobiología, especialmente en el estudio del cerebro. Se puede ver que la biología en el siglo XX no sólo afectó directamente el desarrollo de sus subdisciplinas, sino que también tuvo y seguirá teniendo un enorme impacto en la agricultura, la medicina e incluso la incipiente revolución industrial. Los historiadores de la ciencia generalmente creen que se produjo una revolución en las ciencias biológicas después de la década de 1950. Esta revolución es nada menos que la revolución física de los primeros 30 años del siglo XX en términos de apertura de nuevos campos, su impacto en otras ciencias y su impacto en la sociedad y el pensamiento de las personas.
El rápido desarrollo de la biología en el siglo XX, con el fuerte apoyo de un rápido desarrollo social y económico, ha permitido que la investigación biológica aplique rápida y ampliamente los principios, métodos e instrumentos de precisión de la química física moderna. De esta manera se desarrolló gradualmente la investigación cuantitativa en biología. Cuando algunos físicos y matemáticos se sintieron atraídos a explorar los reinos desconocidos de los misterios de la vida, surgió una nueva disciplina de la biología teórica. La biología teórica es una rama de la ciencia que utiliza principalmente métodos matemáticos, físicos y químicos para estudiar diversos fenómenos de la vida. Las primeras obras representativas incluyen "Biología teórica" del austriaco L. von Bertalanfi (volumen 1, 1932, volumen 2, 1942); "Métodos de pensamiento en biología" de M. Beguene (1959), etc.
En el siglo XIX la biología se desarrolló principalmente en los países europeos, especialmente en Gran Bretaña, Alemania y Francia. Por ejemplo, varias universidades con larga trayectoria y fundamento científico como Cambridge y Oxford en el Reino Unido y las actividades académicas de las universidades de la Royal Society como Göttingen, Heidelberg, Berlín y otros laboratorios biológicos afiliados al Instituto Kaiser-Wilhelm en Alemania; la Universidad de París en Francia, Instituto Pasteur fundado en 1888 en París, Universidad de San Petersburgo, Rusia. Esta situación cambió significativamente en el siglo XX. Esto se debe a que: Europa fue el principal campo de batalla de las dos guerras mundiales; en 1933, la dictadura fascista de Hitler gobernó Alemania e implementó brutales políticas racistas antisemitas.
Obligó a emigrar a un gran número de científicos alemanes judíos y antifascistas, la mayoría de los cuales emigró a los Estados Unidos. La ciencia en los Estados Unidos se desarrolló rápidamente después de la Segunda Guerra Mundial, recuperándose y convirtiéndose en el centro de desarrollo de la ciencia mundial. Lo mismo ocurre básicamente en biología. Los biólogos estadounidenses han crecido gradualmente desde finales de 19 años. Después de integrarse con un gran número de biólogos inmigrantes de países europeos, especialmente Alemania, en las décadas de 1930 y 1940, la biología estadounidense había tomado la delantera tanto en calidad como en cantidad a finales del siglo XX. Por supuesto, después de 40 años de recuperación y desarrollo de posguerra, los países europeos antes mencionados todavía están a la vanguardia mundial en términos de ciencia y tecnología. Algunos países de Asia y América del Sur también están realizando activamente investigaciones en esta área.
A continuación solo se presentará una breve descripción histórica de varias ramas de la disciplina que se desarrollaron rápidamente y tuvieron gran influencia en el siglo XX.
En cuanto al desarrollo de la investigación sobre las leyes genéticas a nivel celular, el redescubrimiento de las leyes de Mendel en 1900, H. de Fries de Holanda, C. E. Collens de Alemania y E. von Cermak de Austria redescubrieron sucesivamente Mendel. Para comprender las reglas genéticas, consultamos el texto original de "Experimentos de híbridos de plantas" que había estado enterrado en documentos de biblioteca durante 35 años y lo hicimos público nuevamente. Desde entonces, el descubrimiento de G.J. Mendel ha sido muy elogiado. Las leyes genéticas que descubrió se conocen como leyes de Mendel, y él mismo también es conocido como el fundador de la genética moderna. El redescubrimiento de las leyes de Mendel en 1900 marcó el comienzo de la genética moderna. H. de Fries y C. E. Collens eran ambos botánicos muy conocidos de la época y tenían buenos conocimientos de la hibridación y herencia de plantas, mientras que E. von Cermak era un joven obtentor de plantas. La historia de la ciencia generalmente habla muy bien de los dos primeros, especialmente de Colonia, pero en cualquier caso todos se basan en sus propios trabajos y son plenamente conscientes de la importancia del descubrimiento de Mendel. Collins dijo una vez: "Los redescubrimientos son mucho menos numerosos y más ligeros que los descubrimientos originales de Mendel". El genetista británico W. Batson descubrió inmediatamente el informe de Mendel y lo tradujo al inglés en 1901, promoviendo así su mayor difusión en los países de habla inglesa.
En los años posteriores al establecimiento de la citogenética y al redescubrimiento de las leyes de Mendel, los biólogos llevaron a cabo varios experimentos utilizando muchos otros animales y plantas como materiales. Los resultados demostraron que las leyes de Mendel son universales entre animales y plantas. reglas genéticas. Muchos conceptos genéticos importantes se establecieron entre 1900 y 1910. De 1902 a 1904, el citólogo estadounidense W.S. Sutton y el citólogo alemán T.H. Boveri descubrieron que durante la formación y fertilización de los gametos masculinos y femeninos, el comportamiento de los cromosomas era paralelo a la hipótesis de Mendel, proponiendo así que la herencia mendeliana es una teoría basada en los cromosomas. W. Batson del Reino Unido propuso el término genética en 1906. Ya en 1902, propuso algunos conceptos importantes como heterocigotos, homocigotos y alelos. H. de Vries propuso el concepto de "mutación". El biólogo danés W.L. Johansen estableció la teoría del linaje puro en 1909 y propuso algunos términos y conceptos como "gen", "genotipo" y "fenotipo". De 1901 a 1905, los citólogos estadounidenses C.E. McLean, E.B. Wilson y W.L. Stevens demostraron que hay dos tipos de partículas en el núcleo de las células animales: una contiene cromosomas accesorios (o cromosomas X) y la otra no. Se cree que el sexo está determinado por este cromosoma extra. "Cells in Development and Genetics" de E.B. Wilson se publicó por primera vez en 1896, se reimprimió en 1900 y se reescribió casi por completo para la tercera edición en 1925, que jugó un papel positivo en la promoción del desarrollo de la citogenética.
Desde 1910 hasta la década de 1930, el establecimiento de la citogenética y el enriquecimiento y desarrollo de las leyes de Mendel se atribuyeron principalmente a las aportaciones científicas del genetista estadounidense H. Morgan y su escuela de pensamiento. Morgan y Wilson eran colegas y amigos cercanos. Contó con el apoyo de Wilson en todo, desde los aspectos académicos hasta los administrativos. Al principio, Morgan no estaba convencido de las leyes de Mendel, en parte debido a la parcialidad de los embriólogos y en parte porque los fenómenos genéticos que observó eran mucho más complejos que las leyes de Mendel.
Sin embargo, sobre la base de la citología y la embriología, realizó una gran cantidad de experimentos de hibridación utilizando moscas de la fruta como material y finalmente estableció la citogenética o genética cromosómica. En 1910, descubrió que el mutante de ojos blancos de Drosophila siempre fue un fenómeno genético ligado al sexo relacionado con los machos, y demostró experimentalmente por primera vez que el "gen" que hereda los ojos blancos es una sustancia ubicada en los cromosomas sexuales. Posteriormente, él y sus colaboradores, así como genetistas de otras unidades y países, realizaron muchas investigaciones sistemáticas sobre Drosophila. La investigación mostró que diferentes "genes" tienen fenómenos de "vinculación" en el proceso de herencia, y los cromosomas homólogos tienen un fenómeno de "vinculación" en el proceso de herencia. fenómeno de "intercambio" entre ellos. Sus extensos experimentos de hibridación demostraron que los genes tienen posiciones fijas en los cromosomas. Mediante la observación de los cromosomas bajo un microscopio y el cálculo de una gran cantidad de datos experimentales, se pueden encontrar las posiciones relativas de varios genes en los cromosomas (ver ligamiento y cruce, mapeo de genes). En 1915, la publicación de los "Principios mendelianos de la herencia", en coautoría de Morgan y los jóvenes académicos de su laboratorio, A.H Sturtevant, H.J Mahler y C.B Bridges, tuvo un impacto considerable en el mundo académico. En 1927, H.J. Mahler utilizó rayos X para inducir artificialmente mutaciones en moscas de la fruta. Este fue el primer y más convincente ejemplo de modificación artificial de genes, lo que abrió amplias perspectivas para la investigación genética y sus aplicaciones prácticas. En 1933, otros científicos descubrieron los cromosomas gigantes de las células de las glándulas salivales. Más tarde, en 1938, Bridges trazó un mapa de los cromosomas de la mosca de la fruta, que tienen casi 4.000 genes. Estos trabajos proporcionaron una base importante para el establecimiento de la teoría genética.
T.H. Morgan revisó el libro "Gene Theory" publicado en 1928, comparó el estado de los genes en genética con el estado de los átomos y electrones en física y química, y combinó la teoría de los genes con las teorías de la física. y química, se cree que: "Sólo cuando estas teorías puedan ayudarnos a hacer predicciones numéricas y cuantitativas especiales, tendrán valor de existencia". Este pasaje básicamente resume los últimos 30 años de logros en genética. En el último párrafo, planteó la cuestión de que "los genes pertenecen al nivel molecular orgánico" y creía que "los genes son estables porque representan una entidad química orgánica. Esta es la suposición más simple que la gente puede hacer ahora. Dado que esta opinión es consistente En cuanto a las entidades conocidas de estabilidad genética, al menos ésta era una buena hipótesis experimental." Esta predicción fue confirmada por desarrollos científicos posteriores.
La Unión Soviética y otros países alguna vez negaron la citogenética. Justo cuando la genética se estaba desarrollando, hubo un debate en la Unión Soviética entre el agrónomo тд Lysenko, por un lado, y el botánico y genetista ни Vavilov, por el otro, después de la muerte de Michulin en 1935. Debido al apoyo político de Lysenko, especialmente después de la reunión de la Academia Leninista de Ciencias Agrícolas de la Unión Soviética en agosto de 1948, las teorías genéticas de G.J. Mendel, A. Weissmann y T.H. Morgan fueron completamente rechazadas y etiquetadas como "reaccionarias", "idealistas" y " metafísica", y al mismo tiempo ordenó la suspensión de las correspondientes labores docentes e investigativas. La situación no volvió a la normalidad hasta 1964. Treinta años de crítica y negación han hecho que la genética y disciplinas afines en la Unión Soviética hayan pasado de ser avanzadas a atrasadas, y también han afectado a muchos países socialistas, incluida China.
Progresos de la investigación sobre macromoléculas biológicas y vías metabólicas a principios del siglo XX. La comprensión de las macromoléculas biológicas se originó a partir de la química fisiológica en el siglo XIX y se desarrolló en el siglo XX. En un principio, debido a las investigaciones de la química animal y vegetal por parte de algunos químicos orgánicos, comenzaron a comprender la composición química y estructura parcial de las proteínas, ácidos nucleicos, azúcares y grasas, que son sustancias importantes que constituyen la vida. A los científicos les llevó más de 100 años, hasta 1940, descubrir los 20 aminoácidos que forman las proteínas. A finales del siglo XIX y principios del XX, los químicos alemanes E. Fischer y F. Hoffmeister propusieron la teoría de que la estructura de las proteínas es una larga cadena de aminoácidos conectados por enlaces peptídicos y señalaron que todos los naturales Los aminoácidos son de la serie L (zurdos). Sin embargo, no fue hasta 1929 que el químico sueco T. Svedbergh utilizó su propia ultracentrífuga para determinar las propiedades macromoleculares de las proteínas.
Después de que J.F. Mischel descubriera los ácidos nucleicos en 1869, el bioquímico alemán A. Causel y el bioquímico estadounidense y ruso P. A.T Levin realizaron estudios sistemáticos sobre la estructura de los ácidos nucleicos desde principios de siglo hasta la década de 1930, y descubrieron que los ácidos nucleicos están compuestos de ribosa y Está compuesto por cuatro compuestos heterocíclicos diferentes que contienen nitrógeno (derivados de purina y pirimidina, comúnmente conocidos como bases) unidos a fosfato. En 1929, P. A. T Levin descubrió que la diferencia entre el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN) se debía a diferencias en el contenido de oxígeno de la ribosa. Debido a las limitaciones de las condiciones de la época, creyó erróneamente que el contenido de las cuatro bases en los ácidos nucleicos era igual basándose en mediciones inexactas. En 1921 propuso la hipótesis errónea del "tetranucleótido" sobre la estructura de los ácidos nucleicos, simplificando. la estructura de los ácidos nucleicos. Esta hipótesis fue generalmente aceptada en los años 30 e influyó en la gente para revelar las importantes funciones de los ácidos nucleicos como organismos vivos. No fue hasta mediados de la década de 1940 que se confirmó la función genética de los ácidos nucleicos y se utilizó el método preciso recientemente establecido para analizarlos nuevamente y se descubrió que el contenido de las cuatro bases no era completamente igual. Esto anuló la hipótesis del "tetranucleótido" y contribuyó al establecimiento de futuros modelos de estructura de doble hélice del ADN.
La naturaleza de las vías metabólicas básicas, las enzimas y la bioenergética es compleja. En la primera mitad del siglo XX, las vías catabólicas del azúcar, las grasas y las proteínas estaban básicamente claras.