Становление биологической картины

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Становление биологической картины и основные этапы ее развития

НАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА - целостный образ предмета научного исследования в его главных системно-структурных характеристиках, формируемый посредством фундаментальных понятий, представлений и принципов науки на каждом этапе ее исторического развития.

Различают основные разновидности (формы) научной картины мира: 1) общенаучную как обобщенное представление о Вселенной, живой природе, обществе и человеке, формируемое на основе синтеза знаний, полученных в различных научных дисциплинах; 2) социальную и естественнонаучную картины мира как представления об обществе и природе, обобщающие достижения соответственно социально-гуманитарных и естественных наук; 3) специальные научные картины мира (дисциплинарные онтологии) - представления о предметах отдельных наук (физическая, химическая, биологическая и т.п. картины мира).

В развитии Естествознания выделяют следующие периоды:

1.Первый подготовительный - натурфилософский, характерный для древних этапов развития общества. Примером физической картины мира того времени могут служить древнеиндийские, греческие знания.

2. Второй подготовительный

Характеризуется господством схоластики и теологии в Западной Европе и спорадическими открытиями у арабоязычных народов. Наука на Западе стала придатком теологии (астрология, алхимия, магия, кабалистика чисел) Основные усилия ученых были направлены не на познание мира, а на получение предметов или разработку способов открывающих путь к богатству, в силу этого прогресс техники совершался крайне медленно, но шло накопление фактического материала, подготавливался качественный переход к новому пониманию природы. В данный период, созданная ранее физическая картина мира не претерпевала существенных изменений, а господствовавшая в тот период времени церковь и прежде всего ее инструмент "Инквизиция", не способствовали развитию научных взглядов и прогрессу естественных наук.

3. Период механического и метафизического Естествознания.

Характеризуется началом возникновения Естествознания как систематической экспериментальной науки, совпадает с периодом становления и возникновения капиталистических отношений в обществе. Господствующим методом мышления стала метафизика. Главное достижение этого периода в истории развития Естествознания, это становление ТЕОРИТИЧЕСКОГО метода познания в науке. Из натурфилософского познания природы, Естествознание превратилось в современное, в систематическое научное познание на базе экспериментов и математического изложения полученных результатов.

4. Период открытия всеобщей связи и утверждения эволюционных идей в Естествознании.

К середине 19 века наукой накоплен большой объем фактического и теоритического материала, который требует всеобъемлющего охвата и осмысления, возникает необходимость сочетания анализа и синтеза в познании и вторая треть 19 века характеризуется 3 великими открытиями:

- Клеточная теория.

- Учение о превращении энергии.

- Дарвинизм.

- Периодическая система элементов Д.И. Менделеева.

- Электромагнитная теория света Дж.К. Максвела.

Основным противоречием данного периода, были метафизические взгляды первооткрывателей и диалектическими результатами их открытий, то есть разрыв между объективной и субъективной сторонами процесса познания

5. Период "новейшей революции" в Естествознании.

Форсируется развитие прежде всего физики во всех ее проявлениях (атомная энергетика, радиолокация, радиоэлектроника, оптика, квантовая физика и т.д.)

Открытия и изобретения в физике, позволяют создавать не только новые приборы, но и методы исследований в других областях знаний. Физические методы определили успехи химии, геологии, астрономии, способствовали в значительной мере развитию науки о космосе и его освоению. Стимулирующее воздействие на Естествознание новых потребностей техники привело к тому, что в середине 90-х гг. 19 века началась "… новейшая революция в естествознании…", главным образом в физике:

- Открытие электромагнитных волн Г. Герцем.

- Коротковолнового электромагнитного излучения К. Рентгеном.

- Радиоактивности А. Беккерелем.

- Электрона Дж. Томсоном.

- Светового давления П.Н. Лебедевым.

- Введение идеи квантования энергии М. Планком.

- Создание теории относительности А. Энштейном.

- Радиоактивного распада Э. Резерфордом и Ф. Содди.,

- Модель атома по Н. Бору.

2. Особенности биологического уровня организации материи и объекта биологического познания

Концепция структурных уровней живого включает представление об иерархической соподчиненности структурных уровней, системности и органической целостности живых организмов. В соответствии с этой концепцией структурные уровни различаются не только сложностью, но и закономерностями функционирования. Вследствие иерархической соподчиненности каждый из уровней организации живой материи должен изучаться с учетом характера ниже и вышестоящего уровней в их функциональном взаимодействии.

Рассмотрим отдельные уровни организации живой материи, начав с низшей ступени, на которой смыкаются биология и химия.

Молекулярно-генетический уровень. Это тот уровень организации материи, на котором совершается скачок от атомно-молекулярного уровня неживой материи к макромолекулам живого.

Белки - органические соединения, входящие в состав всех живых организмов. Белки являются биополимерными макромолекулами, так как состоят из большого числа повторяющихся и сходных по структуре низкомолекулярных соединений (мономеров). Перестановки и различные сочетания мономеров в длинных полимерных цепях обеспечивают построение множества вариантов молекул белка и придают ему разнообразные свойства. В состав белка входит 20 аминокислот-мономеров. Исследования, направленные на изучение механизмов воспроизводства и наследственности, позволили выявить то специфическое, что отличает на молекулярном уровне живое от неживого. Наиболее важным было выделение веществ из ядра клетки, обладающих свойствами кислот и названных нуклеиновыми (то есть ядерными) кислотами. Один тип этих кислот получил широко используемое сокращенное название РНК (рибонуклеиновые кислоты), другой - ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты). Удалось доказать, что ДНК обладает способностью сохранять и передавать наследственную информацию организмов. Участок молекулы ДНК, содержащий информацию об одном из набора белков организма, называют геном. Гены расположены в хромосомах.

Клеточный уровень. Любой живой организм состоит из клеток. В простейшем случае - из единственной клетки (бактерии, амебы). Клетка является мельчайшей элементарной живой системой и является первоосновой строения, жизнедеятельности и размножения всех организмов. Клетки всех организмов сходны по строению и составу веществ. Всеми сложными многоступенчатыми процессами в клетке управляет особая структура, как правило, находящаяся в ее ядре и состоящая из длинных цепей молекул нуклеиновых кислот.

Клетки обладают разнообразием форм, размеров, функций. Существуют клетки, не содержащие ядра - прокариоты (безъядерные клетки). Исторически они являются предшественниками клеток с развитой структурой, то есть клеток, имеющих ядро - эукариотов. Следует отметить, что к миру живого относятся также и вирусы ~ мельчайшие бесклеточные организмы размером примерно в 50 раз меньше бактерий. Они находятся на границе между живой и неживой материей. Не имея клеточной структуры, они способны ее воспроизводить, внедряясь в среду чужих клеток.

Тканевый уровень. Совокупность клеток с одинаковым уровнем организации образует живую ткань. Из тканей состоят различные органы живых организмов.

Организменный уровень. Система совместно функционирующих органов образует организм. В отличие от предыдущих уровней на организменном уровне проявляется большое разнообразие живых систем. Организменный уровень именуют также онтогенетическим.

Популяционно-видовой уровень образован совокупностью видов и популяций живых систем. Популяция - это совокупность организмов одного вида, обладающих единым генофондом (совокупностью генов). Она является надорганизменной живой системой, так же, как и вид, состоящий обычно из нескольких популяций. На этом уровне реализуется биологический эволюционный процесс.

Биоценотический уровень образован биоценозами - исторически сложившимися устойчивыми сообществами популяций, связанных друг с другом и окружающей средой обменом веществ.

Биосферный уровень организации живого: совокупность биоценозов образует биосферу Земли.

Отдельные структурные уровни живого являются объектами изучения для отдельных биологических наук, то есть условными разграничителями биологического знания. Так, молекулярный уровень изучается молекулярной биологией, генетикой; клеточный уровень служит объектом для цитологии, микробиологии; анатомия и физиология изучают жизнь на тканевом и организменном уровнях; зоология и ботаника имеют дело с организменным и популяционно-видовым уровнями; экология охватывает биоценотический и биосферный уровни.

3. Биологические знания Средневековья (Авиценна, Альберт Великий), и Эпох Возрождения и Нового времени (У. Гарвей, А. Галлер)

Упадок Римской империи сопровождался исчезновением или деградацией прежнего знания, хотя врачи включили многие из достижений античности в свою практику. Завоевание значительной части территорий империи арабами привело к тому, что труды Аристотеля и других античных авторов сохранились в переводе на арабский.

Средневековая арабская медицина, наука и философия сделали важный вклад в развитие знания о жизни в VIII--XIII вв., в период так называемого золотого века ислама или исламской аграрной революции. Например, в зоологии Аль-Джахиз (781--869 гг.) уже тогда высказывал идеи об эволюции и пищевых цепях. Он же был ранним представителем географического детерминизма, философского учения о влиянии природных условий на национальный характер и развитие национальных государств. Курдский автор Аль-Динавари (828--896 гг.) считается основателем арабской ботаники. Он описал более 637 видов растений и обсуждал фазы роста и развития растения.

В анатомии и физиологии персидский врач Ар-Рази (865--925 гг.) экспериментально опроверг учение Галена о «четырех жизненных соках». Прославленный врач Авиценна (980--1037 гг.) в своем труде «Канон врачебной науки», до XVII в. остававшемся настольной книгой европейских медиков, ввел понятие о клинических исследованиях и фармакологии. Испанский араб Ибн Зухр (1091--1161 гг.), путём ввел экспериментальную хирургию и медицинские исследования на животных

Лишь немногие европейские учёные приобрели известность в Средние века. Среди них Хильдегарда Бингенская, Альберт Великий и Фридрих II (император Священной Римской империи) составили канон естественной истории для ранних европейских университетов, в которых медицина значительно уступала преподаванию философии и богословия.

Лишь эпоха Возрождения по-настоящему возродила в Европе интерес к естественной истории и физиологии. В 1543 г. с книги Везалия началось развитие современной анатомии, основанной на вскрытии человеческих тел. Везалий и его последователи постепенно заменили в медицине и физиологии средневековую схоластику эмпиризмом, полагаясь не столько на авторитет учебников и абстрактное мышление, сколько на личный опыт. Через лечение травами медицина также подпитывала интерес к изучению растений. Брунфельс, Фукс и другие авторы ранних изданий о диких растениях положили начало полномасштабному описанию растительной жизни Средневековый жанр литературы, бестиарий, о животных и их повадках, с работами Конрада Геснера и других авторов XVI столетия превратился в подлинно научное направление

Художники, такие как Альбрехт Дюрер и Леонардо да Винчи часто работали бок о бок с натуралистами и также интересовались строением тела человека и животных, давая детальные описания их анатомии. Традиции алхимии, поддерживаемые такими учёными, как Парацельс, вносили свой вклад в исследование природы, вдохновляя исследователей на опыты как с минеральными, так и с биологическими источниками фармакологических препаратов^[20]. Развитие фармакологии внесло свой вклад и в зарождение механицизма

XVII век

Наиболее важные события XVII века -- становление методической естественной истории, заложившей основы систематики животных и растений; развитие анатомии и открытие второго круга кровообращения; начало микроскопических исследований, открытие микроорганизмов и первое описание клеток растений, сперматозоидов и эритроцитов животных.

К XVII веку относится завершение традиции «травников». Швейцарский врач и ботаник Каспар Боэн собрал все известные на тот момент виды растений (около 6000), уточнив синонимы. Это была последняя сводка такого размаха, в которой все ещё использовались приемы «народной таксономии». Группы растений в работе Боэна не имели характеристик, указывавших на их отличительные признаки. Вместе с тем, с середины XVII века появляется все больше работ, написанных в традиции методической естественной истории, отталкивавшейся от труда Чезальпино.

Значительные перемены наблюдаются в области анатомии и физиологии животных и растений. Английский врач Уильям Гарвей (1578--1657), производя опыты с кровообращением и вскрытия животных, сделал ряд важных открытий. Он обнаружил венозные клапаны, создающие препятствие для тока крови в обратном направлении, показал изоляцию правого и левого желудочков сердца и открыл малый круг кровообращения (аналогичное открытие сделал незадолго до него Мигель Сервет, сожженный кальвинистами за свои богословские взгляды). Ян Сваммердам (1637--1680) и Марчелло Мальпиги (1628--1694) описали внутреннее строение многих беспозвоночных животных. Мальпиги описал сосуды растений и путём экспериментов показал наличие восходящего и нисходящего тока в разных сосудах.

Наконец, в XVII веке сформировалась совершенно новая область исследований, связанная с изобретением микроскопа. Антони ван Левенгук (1632--1723) вел наблюдения при помощи изготовленных им простых микроскопов и отсылал результаты наблюдений для публикации в Лондонское королевское общество. Левенгуку удалось описать и зарисовать целый ряд микроскопических существ (коловраток, инфузорий, бактерий), красные кровяные тельца, сперматозоиды человека.

4. Введение понятия Клетка (Р. Гук), систематика растений и животных (к. Линней, Ж. Бюффон)

Клетка -- элементарная единица строения и жизнедеятельности всех живых организмов (кроме вирусов, о которых нередко говорят как о неклеточных формах жизни), обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. Первым человеком, увидевшим клетки, был английский учёный Роберт Гук. В 1665 году, пытаясь понять, почему пробковое дерево так хорошо плавает, Гук стал рассматривать тонкие срезы пробки с помощью усовершенствованного им микроскопа. Он обнаружил, что пробка разделена на множество крошечных ячеек, напомнивших ему монастырские кельи, и он назвал эти ячейки клетками (по-английски cell означает «келья, ячейка, клетка»). В 1675 году итальянский врач М. Мальпиги, а в 1682 году -- английский ботаник Н. Грю подтвердили клеточное строение растений. О клетке стали говорить как о «пузырьке, наполненном питательным соком. Левенгук впервые наблюдал животные клетки -- эритроциты и сперматозоиды. Таким образом, уже к началу XVIII века учёные знали, что под большим увеличением растения имеют ячеистое строение, и видели некоторые организмы, которые позже получили название одноклеточных. В 1802--1808 годах французский исследователь Шарль-Франсуа Мирбель установил, что все растения состоят из тканей, образованных клетками. Ж. Б. Ламарк в 1809 году распространил идею Мирбеля о клеточном строении и на животные организмы. В 1825 году чешский учёный Я. Пуркине открыл ядро яйцеклетки птиц. В 1831 году английский ботаник Р. Броун впервые описал ядро растительной клетки, а в 1833 году установил, что ядро является обязательным органоидом клетки растения. С тех пор главным в организации клеток считается не мембрана, а содержимое.

Клеточная теория строения организмов была сформирована в 1839 году немецким зоологом Т. Шванном и М. Шлейденом и включала в себя три положения. В 1858 году Рудольф Вирхов дополнил её ещё одним положением, однако в его идеях присутствовал ряд ошибок: так, он предполагал, что клетки слабо связаны друг с другом и существуют каждая «сама по себе». Лишь позднее удалось доказать целостность клеточной системы.

5. Зарождение эволюционного учения. Клеточная теория

Клеточная теория -- основополагающая для биологии теория, сформулированная в середине XIX века, предоставившая базу для понимания закономерностей живого мира и для развития эволюционного учения. Маттиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию, основываясь на множестве исследований о клетке (1838). Рудольф Вирховпозднее (1858) дополнил её важнейшим положением (всякая клетка происходит от другой клетки).

Шлейден и Шванн, обобщив имеющиеся знания о клетке, доказали, что клетка является основной единицей любого организма. Клетки животных, растений и бактерии имеют схожее строение. Позднее эти заключения стали основой для доказательства единства организмов. Т. Шванн и М. Шлейден ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни. Клеточная теория дополнялась и редактировалась с каждым разом.

Современная клеточная теория включает следующие основные положения:

1. Клетка -- единица строения, жизнедеятельности, роста и развития живых организмов, вне клетки жизни нет

2. Клетка -- единая система, состоящая из множества закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определённое целостное образование

3. Ядро ? главная составная часть клетки (эукариот)

4. Новые клетки образуются только в результате деления исходных клеток

5. Клетки многоклеточных организмов образуют ткани, ткани образуют органы. Жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием составляющих его клеток

На работу Шванна оказала сильное влияние школа Пуркинье и Генле. Шванн нашёл правильный принцип сравнения клеток растений и элементарных микроскопических структур животных. Шванн смог установить гомологию и доказать соответствие в строении и росте элементарных микроскопических структур растений и животных.

На значение ядра в клетке Шванна натолкнули исследования Матиаса Шлейдена, у которого в 1838 году вышла работа «Материалы по фитогенезу». Поэтому Шлейдена часто называют соавтором клеточной теории. Основная идея клеточной теории -- соответствие клеток растений и элементарных структур животных -- была чужда Шлейдену. Он сформулировал теорию новообразования клеток из бесструктурного вещества, согласно которой сначала из мельчайшей зернистости конденсируется ядрышко, вокруг него образуется ядро, являющееся образователем клетки (цитобластом). Однако эта теория опиралась на неверные факты.

В 1838 году Шванн публикует 3 предварительных сообщения, а в 1839 году появляется его классическое сочинение «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений», в самом заглавии которого выражена основная мысль клеточной теории:

§ В первой части книги он рассматривает строение хорды и хряща, показывая, что их элементарные структуры -- клетки развиваются одинаково. Далее он доказывает, что микроскопические структуры других тканей и органов животного организма -- это тоже клетки, вполне сравнимые с клетками хряща и хорды.

§ Во второй части книги сравниваются клетки растений и клетки животных и показывается их соответствие.

§ В третьей части развиваются теоретические положения и формулируются принципы клеточной теории. Именно исследования Шванна оформили клеточную теорию и доказали (на уровне знаний того времени) единство элементарной структуры животных и растений. Главной ошибкой Шванна было высказанное им вслед за Шлейденом мнение о возможности возникновения клеток из бесструктурного неклеточного вещества.

Верный шаг к объединению трансформистского и систематического подходов был сделан естествоиспытателем и философом Жаном Батистом Ламарком. Ламарк подчёркивал, что «все живые тела происходят одни от других, при этом не путём последовательного развития из предшествующих зародышей». Таким образом, он выступил против концепции преформизма как автогенетической,. С наибольшей полнотой эволюционные идеи Ламарка изложены в «Философии зоологии» (1809. Ламарк считал, что ступени эволюции не лежат на прямой линии, а имеют множество ветвей и отклонений на уровне видов и родов. Это представление подготовило почву для будущих «родословных древ». Ламарком был предложен и сам термин «биология» в его современном смысле. Однако в зоологических трудах Ламарка -- создателя первого эволюционного учения -- содержалось немало фактических неточностей, умозрительных построений, что особенно видно при сравнении его сочинений с трудами его современника, соперника и критика, создателя сравнительной анатомии и палеонтологии Жоржа Кювье (1769--1832). Ламарк считал, что движущим фактором эволюции может быть «упражнение» или «неупражнение» органов, зависящее от адекватного прямого влияния среды. Некоторая наивность аргументации Ламарка и Сент-Илера во многом способствовала антиэволюционной реакции на трансформизм начала ХIХ в, и вызвала абсолютно аргументированную с фактической стороны вопроса критику со стороны креациониста Жоржа Кювье и его школы.

Все животные, относящиеся к одному типу, характеризуются общностью плана строения. Это важнейшее положение Кювье крайне существенно и ныне. Хотя количество типов значительно превысило цифру 4, все биологи, говорящие о типе, исходят из фундаментальной идеи, доставляющей немало забот пропагандистам градуализма (постепенности) в эволюции, -- идеи об обособленности планов строения каждого из типов. Кювье полностью воспринял линнеевскую иерархичность системы и построил свою систему в виде ветвящегося древа. Но это было не родословное древо, а древо сходства организмов. Система Кювье была, по-видимому, первой системой органической природы, в которой современные формы рассматривались рядом с ископаемыми.

6. Пролема возникновения жизни. Основные концепции

В конце прошлого века были распространены "теории", согласно которым жизнь возникает в болотах, гниющей массе и тому подобных местах. Именно там из неживой материи возникают живые организмы -- личинки мухи и даже мыши. опроверг изучавший деятельность бактерий французский микробиолог XIX в. -- Луи Пастер. К началу XX в. в науке господствовали две последние концепции. Концепция панспермии, согласно которой жизнь была занесена на Землю извне, опиралась на обнаружение при изучении метеоритов и комет "предшественников живого" -- органических соединений, которые, возможно, сыграли роль "семян". Во второй половине прошлого века шведский ученый Сванте Ар-рениус выдвинул оригинальную гипотезу. По его мнению, жизнь возникла не на Земле, а была занесена на нее из космоса. Наша планета была "заражена" микроорганизмами, прибывшими из глубин Вселенной. Этот процесс Аррениус назвал панспермией. Гипотеза шведского ученого не получила поддержки его коллег. Никто не видел возможности для микроорганизмов длительно путешествовать в космическом пространстве, не погибая от губительных излучений. В свое время эту гипотезу обсуждали очень бурно. Его сторонниками были выдающиеся умы своего времени. Но были противники. Так, А. И. Опарин показал, что эта теория, строго говоря, ничего не дает. Во всяком случае, она не имеет никакого отношения к происхождению жизни, ибо даже если удастся доказать, что жизнь была занесена на нашу планету извне, то это не освобождает нас от необходимости объяснить, как же она возникла изначально. В настоящее время возрождается старая идея панспермии.

Концепция креационизма

Концепция креационизма имеет самую длинную историю, так как практически во всех религиях возникновение жизни рассматривается как акт Божественного творения, свидетельством чего является наличие в живых организмах особой силы, которая управляет всеми биологическими процессами. Процесс божественного сотворения мира и живого недоступен для наблюдения, и божественный замысел недоступен человеческому пониманию.

Интересно в креационизме был решен вопрос о продолжительности акта творения мира. В Библии сказано, что Бог сотворил мир в шесть дней. Некоторые христианские теологи верят, что это были обычные дни по 24 часа. Другие богословы относились к библейским текстам как к аллегориям и считали, что каждый день творения занимал тысячу лет. Но во всех случаях рассуждения о происхождении жизни базируются лишь на вере в библейские откровения, сомневаться в которых нельзя. Научные же истины в соответствии с принципом фальсификации всегда подвергаются сомнению.

Таким образом, концепция креационизма, по существу, научной не является, ведь она возникла в рамках религиозного мировоззрения. Она утверждает, что жизнь такова, какова она есть, потому что такой ее сотворил Бог. Тем самым практически снимается вопрос о научном решении проблемы происхождения жизни, так как все религии требует принимать это положение на веру, без доказательств. Тем не менее, концепция креационизма продолжала и продолжает пользоваться довольно большой популярностью.

Концепция самопроизвольного зарождения жизни

Данная концепция также зародилась давно и долгое время была единственной альтернативной креационизму. Идея о самопроизвольном зарождении жизни появилась в результате повседневных наблюдений за тем, как в мусорных кучах, гниющих отбросах постоянно появляются личинки, черви, мухи. Поскольку о существовании микроорганизмов в те далекие времена не было ничего известно, то считалось, что все низшие организмы появляются путём самозарождения. Ученые Средневековья, например, допускали, что рыбы могли зародиться из ила, мыши -- из грязи, мухи -- из мяса и т.д. Подобных взглядов придерживались многие известные ученые (Аристотель, Парацельс, Коперник, Галилей, Декарт и др.), благодаря авторитету которых концепция самопроизвольного зарождения жизни смогла существовать так долго.

Однако начиная с XVII в. стали накапливаться данные, противоречащие такому пониманию происхождения жизни. В 1668 г. итальянский естествоиспытатель и врач Ф. Реди провел серию опытов, которыми доказал, что белые черви в гниющем мясе есть не что иное, как личинки мух. Его опыты были простыми и убедительными. В несколько сосудов он положил кусочки мяса. Часть этих сосудов он оставил открытыми, а часть прикрыл материей, пропускающей воздух. Вскоре в первых сосудах появились личинки мух, а в прикрытых сосудах их не было. Тем самым он доказал невозможность самозарождения червей из гниющего мяса в отсутствие мух. В результате проведенных опытов Реди сформулировал свой знаменитый принцип: «Все живое -- от живого». Поэтому Реди стал основоположником концепции биогенеза, утверждавшей, что жизнь возникает только из предшествующей жизни.

Витализм-- философское направление, утверждающее наличие в организмах нематериальной сверхъестественной силы, управляющей жизненными явлениями.

Витализм берет свое начало от древнего анимизма. Элементы витализма содержались в философском учении Платона о бессмертной душе, в мысли Аристотеля о наличии у живых организмов особых внутренних целевых причин. Наиболее полно система витализма была изложена немецким эмбриологом Г.Дришем (конец 19 - начало 20 вв.). Определенные факторы, создает пространственную организацию живого, определяет ее целесообразность. Существование в живом нематериальных и непознаваемых факторов, определяющих его качественное отличие от неживого, признавали и другие представители витализма (И.Рейнке, Р.Франсэ и др.). Для витализма характерна абсолютизация качественного своеобразия живого, отрицания роли химических и физических закономерностей в нем, негативное отношение к тем биологическим теориям и концепциям, которые дают материалистическое объяснение явлениям жизни. Например, Дриш активно выступал против эволюционной теории Дарвина, концепции наследственности Г.Менделя. Проект "нового" витализма. был реализован в работах французского мыслителя второй половины 20 в. Биша, определившего жизнь как "совокупность функций, оказывающих сопротивление смерти" и переставшего трактовать смерть как "неделимое мгновение". Тремя "важнейшими нововведениями" Биша в понимании проблем витализма правомерно полагать следующие: "постулирование смерти как сущности, равнообъемной жизни; превращение смерти в глобальный результат совокупности частичных смертей; а главное, принятие в качестве модели "насильственной смерти" вместо "естественной смерти"



7. Концепция биохимической эволюции (Опарин-Холдейн)

Теория Опарина -- Холдейна

В 1924 году будущий академик Опарин опубликовал статью «Происхождение жизни», которая в 1938 году была переведена на английский и возродила интерес к теории самозарождения. Опарин предположил, что в растворах высокомолекулярных соединений могут самопроизвольно образовываться зоны повышенной концентрации, которые относительно отделены от внешней среды и могут поддерживать обмен с ней. Он назвал их Коацерватные капли, или просто коацерваты.

Согласно его теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделён на три этапа:

§ Возникновение органических веществ

§ Возникновение белков

§ Возникновение белковых тел

Астрономические исследования показывают, что как звёзды, так и планетные системы возникли из газопылевого вещества. Наряду с металлами и их оксидами в нём содержались водород, аммиак, вода и простейший углеводород -- метан.

Условия для начала процесса формирования белковых структур установились с момента появления первичного океана (бульона). В водной среде производные углеводородов могли подвергаться сложным химическим изменениям и превращениям. В результате такого усложнения молекул могли образоваться углеводы.

Согласно теории Опарина, дальнейшим шагом по пути к возникновению белковых тел могло явиться образование коацерватных капель. При определённых условиях водная оболочка органических молекул приобретала чёткие границы и отделяла молекулу от окружающего раствора. Молекулы, окружённые водной оболочкой, объединялись, образуя многомолекулярные комплексы -- коацерваты.

Далее коацерватные капли подвергались естественному отбору, что обеспечило их эволюцию.

Подобные взгляды также высказывал британский биолог Джон Холдейн.

Проверил теорию Стэнли Миллер в 1953 году в эксперименте Миллера -- Юри. Он поместил смесь H₂O, NH₃, CH₄, CO₂, CO в замкнутый сосуд и стал пропускать через неё электрические разряды (при температуре 80°С). Оказалось, что образуются аминокислоты. Позднее в разных условиях были получены другие сахара и нуклеотиды^. Он сделал вывод, что эволюция может произойти при фазовообособленном состоянии из раствора (коацерватов). Однако, такая система не может сама себя воспроизводить.

Теория оказалась неспособной предложить решение проблемы точного воспроизведения -- внутри коацервата и в поколениях -- единичных, случайно появившихся эффективных белковых структур. Однако, было показано, что первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липидов, синтезированных абиогенным путем, и они могли вступить в симбиоз с «живыми растворами» -- колониями самовоспроизводящихся молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие синтез липидов, а такое сообщество уже можно назвать организмом^.

8. Организация жизни. Существенные черты живого

По признаку клеточного строения все живые организмы делятся на доклеточные и клеточные. Подавляющее большинство ныне живущих организмов состоит из клеток. Доклеточные формы жизни -- вирусы (открытые в 1892 г. русским микробиологом Д.И. Ивановским) и фаги. Вирусы занимают промежуточное место между живым и неживым.

Всем живым организмам свойственны следующие существенные черты: обмен веществ, подвижность, раздражимость, рост, размножение, приспособляемость. Каждое из этих свойств порознь может встречаться и в неживой природе, поэтому само по себе не может рассматриваться как специфическое для живого. Однако все вместе они никогда не характеризуют объекты неживой природы, и свойственны только миру живого, и в своем единстве являются критериями, отличающими живое от неживого. Живой организм -- это множественная система химических процессов, в ходе которых происходит постоянное разрушение молекулярных органических структур и их воспроизводство. Современная молекулярная биология показала поразительное единство живой материи на всех уровнях ее развития -- от простейшего микроорганизма до высшего млекопитающего. Выяснилось, что существуют только два основных класса молекул, взаимодействие которых определяет то, что мы называем жизнью, -- нуклеиновые кислоты и белки. Взятые вместе, они образуют основу живого. Сущность живого наиболее концентрированно выражена в таком замечательном явлении, как конвариантная редупликация -- «самовоспроизведение с изменениями», осуществляемое на основе матричного принципа синтеза макромолекул. В его основе -- уникальная способность к идентичному самовоспроизведению основных управляющих систем (ДНК, хромосом и генов) благодаря их относительно высокой стабильности (явление наследственности). Все основные свойства живого немыслимы без наследственной передачи свойств в ряду поколений. Но при самовоспроизведении управляющих систем в живых организмах происходит не абсолютное повторение, а воспроизведение с внесением изменений, что также определяется свойствами молекул ДНК

9. Основные уровни организации жизни

Молекулярный уровень организации жизни

Представлен разнообразными молекулами, находящимися в живой клетке.

1. Компоненты

§ Молекулы неорганических и органических соединений

§ Молекулярные комплексы химических соединений (мембрана и др.)

2. Основные процессы

§ Объединение молекул в особые комплексы

§ Осуществление физико-химических реакций в упорядоченном виде

§ Копирование ДНК, кодирование и передача генетической информации

3. Науки, ведущие исследования на этом уровне

§ Биохимия

§ Биофизика

§ Молекулярная биология

§ Молекулярная генетика

Клеточный уровень организации жизни

Представлен свободноживущими одноклеточными организмами и клетками, входящими в многоклеточные организмы.

1. Компонент

§ Комплексы молекул химических соединений и органоиды клетки

2. Основные процессы

§ Биосинтез, фотосинтез

§ Регуляция химических реакций

§ Деление клеток

§ Вовлечение химических элементов Земли и энергии Солнца в биосистемы

3. Науки, ведущие исследования на этом уровне

§ Генная инженерия

§ Цитогенетика

§ Цитология

§ Эмбриология

Тканевый уровень организации жизни

Тканевой уровень представлен тканями, объединяющими клетки определенного строения, размеров, расположения и сходных функций. Ткани возникли в ходе исторического развития вместе с многоклеточностью. У многоклеточных организмов они образуются в процессе онтогенеза как следствие дифференцировки клеток. У животных различают несколько типов тканей (эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная, а также кровь и лимфа). У растений различают меристематическую, защитную, основную и проводящую ткани. На этом уровне происходит специализация клеток.

Органный уровень организации жизни

Органный уровень. Представлен органами организмов. У простейших пищеварение, дыхание, циркуляция веществ, выделение, передвижение и размножение осуществляются за счет различных органелл. У более совершенных организмов имеются системы органов. У растений и животных органы формируются за счет разного количества тканей. Для позвоночных характерна цефализация, защищающаяся в сосредоточении важнейших центров и органов чувств в голове.

Организменный (онтогенетический) уровень организации жизни

Представлен одноклеточными и многоклеточными организмами растений, животных, грибов и бактерий.

1. Компоненты

§ Клетка -- основной структурный компонент организма. Из клеток образованы ткани и органы многоклеточного организма

2. Основные процессы

§ Обмен веществ (метаболизм)

§ Раздражимость

§ Размножение

§ Онтогенез

§ Нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности

§ Гомеостаз

3. Науки, ведущие исследования на этом уровне

§ Анатомия

§ Биология развития

§ Аутэкология

§ Генетика

§ Гигиена

§ Морфология

§ Физиология

Популяционно-видовой уровень организации жизни

Представлен в природе огромным разнообразием видов и их популяций.

1. Компоненты

§ Группы родственных особей, объединённых определённым генофондом и специфическим взаимодействием с окружающей средой

2. Основные процессы

§ Генетическое своеобразие

§ Взаимодействие между особями и популяциями

§ Накопление элементарных эволюционных преобразований

§ Осуществление микроэволюции и выработка адаптаций к изменяющейся среде

§ Видообразование

§ Увеличение биоразнообразия

3. Науки, ведущие исследования на этом уровне

§ Генетика популяций

§ Эволюция

§ Экология

Биогеоценотический уровень организации жизни

Представлен разнообразием естественных и культурных биогеоценозов во всех средах жизни.

1. Компоненты

§ Популяции различных видов

§ Факторы среды

§ Пищевые сети, потоки веществ и энергии

2. Основные процессы

§ Биохимический круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие жизнь

§ Подвижное равновесие между живыми организмами и абиотической средой (гомеостаз)

§ Обеспечение живых организмов условиями обитания и ресурсами (пищей и убежищем)

3. Науки, ведущие исследования на этом уровне

§ Биогеография

§ Биогеоценология

§ Экология

Биосферный уровень организации жизни представлен высшей, глобальной формой организации биосистем -- биосферой.

1. Компоненты

§ Биогеоценозы

§ Антропогенное воздействие

2. Основные процессы

§ Активное взаимодействие живого и неживого вещества планеты

§ Биологический глобальный круговорот веществ и энергии

§ Активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы, его хозяйственная и этнокультурная деятельность

3. Науки, ведущие исследования на этом уровне

§ Экология

§ Глобальная экология

§ Космическая экология

§ Социальная экология



10. Возникновение эволюционного учения. Теория Дарвина

Трудности создания теории эволюции были связаны со многими обстоятельствами. Прежде всего с господством среди биологов представления о том, что сущность органических форм неизменна и внеприродна и как таковая может быть изменена только Богом. Не сложились объективные критерии процесса и результата биологического исследования. Так, не было ясности, каким образом надо строить научную аргументацию и что является ее решающим основанием. Доказательством часто считали либо наглядные демонстрации, либо абстрактно-умозрительные соображения натурфилософского порядка. Не ясен был характер взаимосвязи теории и опыта. Долгое время, вплоть до начала XX в., многие биологи исходили из того, что одного факта, несовместимого с теорией, достаточно для ее опровержения.

Свою теорию Дарвин строит на придании принципиального значения таким давно известным до него фактам, как наследственность и изменчивость. От них отталкивался и Ламарк, непосредственно связывая эти два понятия представлением о приспособлении. Приспособительная изменчивость передается по наследству и приводит к образованию новых видов - такова основная идея Ламарка. Дарвин понимал, что непосредственно связывать наследственность, изменчивость и приспособляемость нельзя.

Дарвин разграничивает два вида изменчивости -- определенная и неопределенная.

Определенная изменчивость (в современной терминологии -- адаптивная модификация) - способность всех особей одного и того же вида в определенных условиях внешней среды одинаковым образом реагировать на эти условия (климат, пищу и др.). По современным представлениям, адаптивные модификации не наследуются и потому не могут поставлять материал для органической эволюции. (Дарвин допускал, что определенная изменчивость в некоторых исключительных случаях может такой материал поставлять.)

Неопределенная изменчивость (в современной терминологии -мутация) предполагает существование изменений в организме, которые происходят в самых различных направлениях. Неопределенная изменчивость в отличие от определенной носит наследственный характер, и незначительные отличия в первом поколении усиливаются в последующих. Неопределенная изменчивость тоже связана с изменениями окружающей среды, но уже не непосредственно, что характерно для адаптивных модификаций, а опосредованно. Дарвин подчеркивал, что решающую роль в эволюции играют именно неопределенные изменения.

Кроме того, в цепь наследственность - изменчивость Дарвин вводил два посредствующих звена. Первое звено связано с понятием «борьба за существование». Оно отражает то обстоятельство, что каждый вид производит больше особей, чем их выживает до взрослого состояния; среднее количество взрослых особей находится примерно на одном уровне; каждая особь в течение своей жизнедеятельности вступает в множество отношений с биотическими и абиотическими факторами среды (отношения между организмами в популяции, между популяциями в биогеоценозах, с абиотическими факторами среды и др.). Второе посредствующее звено, отличающее теорию эволюции Дарвина от ламаркизма, состоит в представлении о естественном отборе как механизме, который позволяет выбраковывать ненужные формы и образовывать новые виды. Борьба за существование неизбежно приводит к гибели определенного числа особей в каждом поколении и выборочному участию особей в размножении. В результате размножаются наиболее приспособленные особи каждого вида, передающие из поколения в поколение новые свойства. Накопление новых свойств приводит к видообразованию и прогрессивной эволюции органического мира. Таким образом, естественный отбор -- творческая сила; он является движущим фактором эволюции, причиной ее протекания. Тезис о естественном отборе является ведущим принципом дарвиновской теории, который позволяет разграничить дарвинистские и недарвинистские трактовки эволюционного процесса.

Таким образом, дарвиновская теории эволюции опирается на следующие принципы: + борьбы за существование; + наследственности и изменчивости; + естественного отбора.

Эти принципы являются краеугольным основанием научной биологии.

11. Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем

Образование видов происходит в процессе микроэволюции двумя путями. Первый (наиболее распространенный) - разделение исходного вида на два и более новых. Второй - гибридизация, то есть объединение двух разных генотипов и образование их гибрида (менее распространен из-за трудностей преодоления генетической несовместимости между видами). Процессы первичного обмена генетической информацией протекают внутри популяций - многочисленной совокупности особей одного вида. В пределах популяции и протекают процессы микроэволюции, составляющие основу эволюционного процесса в целом. Важными факторами микроэволюции являются мутации, естественный отбор, популяционные волны и изоляция. К макроэволюционным закономерностям относятся следующие:

1. Прогрессивная направленность эволюции в целом, которая проявляется в появлении организмов со все более высоким уровнем организации и все большей способностью приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды. При этом макроэволюционный процесс носит многоуровневый характер. В ходе эволюции образовались организмы разного уровня сложности - от простейших одноклеточных, простых многоклеточных (водорослей, кишечнополостных и т.д.) до млекопитающих. Все эти уровни (не следует путать с видами!) представлены в живом мире и продолжают эволюционировать. Высший уровень сложности связан с появлением и эволюцией мыслящего живого существа - человека.

2. Неравномерность темпов эволюционного процесса определяется сложным сочетанием внутренних (молекулярно-генетических) особенностей организмов и внешних изменяющихся условий окружающей среды. Так, крупное, качественно новое изменение в строении и функциях организма (фенотипе) является новым фактором эволюции, рождающим новые формы отбора. Такие изменения могут дать подавляющее преимущество в борьбе за существование и быстро привести к появлению новой крупной группы организмов. Например, появление разумного поведения у высших животных явилось существенным в их эволюции и привело к появлению человека. Затем темпы эволюции этой группы могут и не быть столь же высокими.

3. Неверно было бы думать, что все ранее существовавшие виды живого (а теперь ископаемые формы) должны вместе составлять некую единую последовательность, протянувшуюся от прошлого к настоящему. Многие виды в процессе эволюции исчезают (представляя собой тупиковые ветви эволюционного дерева). Исчезнувшие в процессе эволюции отдельные виды впоследствии никогда не восстанавливаются в прежней форме. В этом существо принципа необратимости эволюции, который сформулировал еще Дарвин: "Вид, раз исчезнувший, никогда не может появиться вновь, если бы даже снова повторились совершенно тождественные условия жизни". С молекулярно-генетической точки зрения современной биологии это объясняется невозможностью повторения состава генофонда исчезнувшего вида. Вот почему важно максимальное сохранение существующих на Земле видов. Невыполнение этой задачи означает постепенную и уже невосполнимую утрату генофонда видов, возникших в ходе длительного эволюционного развития.

Эволюцию живой системы (например, популяции) можно рассматривать как самоорганизацию в ней. Самоорганизующаяся система нелинейна: размножение само по себе обеспечило бы нелинейный (экспоненциальный) рост численности. Ограниченный ресурс питания в совокупности с нелинейностью роста дает конкуренцию. Конкуренция приводит к естественному отбору - обратной связи между мутацией и ее целесообразностью. Отбор вместе с механизмом наследственности - репликацией (схема "все или ничего") приводит к возникновению самых эффективных форм, то есть совершенствованию. Это общая схема эволюции.

Эволюционная концепция в биологии успешно прошла испытание временем, воплотилась в современную теорию эволюции и является фундаментом всех биологических наук.

Основные свойства развития

На основе рассмотренных выше положений можно выделить некоторые выводы о свойствах развития в целом, так как живые существа являются наиболее сложным природным образованием и в их свойствах отражаются и общие свойства, и всеобщие черты развития и движения материальных систем. Эти основные свойства:

1. Развитие - это всегда сторона проявления движения. Дарвин называл свою теорию "теорией развития путем изменения", подчеркивая универсальный характер развития. Развитие как переход из одной стадии в другую, от одного качества - к другому слагается из стадии разрушения и стадии возникновения, созидания. Импульс к развитию содержится внутри самой системы.

2. Развитие проявляется в одновременном возникновении новой формы устойчивости и соответствующей ей изменчивости. Одно предполагает другое. Изменчивость представляет собой результат взаимодействия внутренних свойств объекта (организма) и свойств окружающей среды. С чем большей энергией сохраняется данное состояние объекта, с тем большей энергией и быстротой происходят его изменения, которые по мере своего оформления приобретают устойчивость, но уже иного характера.

3. Развитие отличается ритмичностью, т.е. имеет свою структуру, связанную с природой объекта. Наличие внутренней логики, последовательности стадий процесса определяет путь развития не только прогрессивных, но и регрессивных изменений системы.

4. Развитие связывается с ненаправленной изменчивостью, т.е. именно она служит основой для развития направленной тенденции как необходимости. Развитие есть переход случайных явлений, свойств в необходимые.

5. Развитию сложноорганизованной системы способствует сочетание нескольких факторов: времени, изоляции, постоянства окружающей среды, числа компонентов, уровня дифференциации системы.

Дарвин подчеркивал, что сам естественный отбор только сохраняет полезные свойства в данных условиях среды. Важными компонентами являются:

а) продолжительность времени, за которое осуществляется естественный отбор, так как она увеличивает шансы благоприятных изменений;

б) изоляция организмов друг от друга;

в) численность подвергающихся изменению особей.

6. Чем разнообразнее качества взаимосвязанных объектов, тем богаче спектр слагаемых изменений, тем более содержательным и результативным является объединяющий их процесс развития. Но диапазон этих связей имеет предел, за которым утрачивается специфика данного конкретного вида развития.