Краткий очерк теории эволюции. Концепции современного естествознания

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

1. Концепция эволюции в биологии и регулирование процессов в живых системах

2. История естествознания: панорама современного естествознания

Список использованной литературы

1. 

1. Концепция эволюции в биологии и регулирование процессов в живых системах

Идеи о постепенном и непрерывном изменении всех видов растений и животных высказывались задолго до Ч. Дарвина многими учеными. Наиболее интересными представляются взгляды Ж.Б. Ламарка, который считал, что изменения живых организмов происходит под направляющим воздействием условий окружающей среды. Именно под воздействием этой среды организмы приобретают благоприятные для жизни свойства, которые затем передаются по наследству.

Сторонники Ламарка в качестве иллюстрации приводят пример, каким образом у жирафов появилась длинная шея и ноги. Предок жирафов, питавшийся листьями с деревьев, полагали они, имел недлинные ноги и короткую шею и поэтому постоянно вынужден был вытягивать ее, чтобы достать листья с верхушек деревьев. Даже незначительные удлинения шеи и ног, передаваясь по наследству, постепенно, в ряде поколений могли привести в конце концов к коренному изменению их анатомического строения. Стало быть, эволюция организмов, с точки зрения ламаркизма, происходит в результате упражнения или не упражнения тех или иных его органов и частей. Те органы, которые систематически упражняются в ходе приспособления к среде, совершенствуются и развиваются. Конечно, в результате систематических упражнений можно добиться заметных успехов, например, в укреплении мускулатуры, но эти способности, как известно, не передаются по наследству.

Между тем, согласно взглядам ламаркистов, изменения, приобретенные родителями в процессе приспособления к среде, должны непосредственно передаваться потомкам и, следовательно, наследоваться ими.

Таким своеобразным путем, под влиянием окружающей среды, медленно и постепенно происходило формирование новых организмов и их видов с иными свойствами и функциями, которые давали им возможность приспособиться к изменившимся условиям существования в среде. Это был самый уязвимый и слабый пункт в концепции эволюции Ламарка. Кроме того, он верил, что способность к самосовершенствованию и развитию заложена в самой природе живого существа - взгляд, который с теми или иными вариациями встречается в последующих неодарвинистских концепциях эволюции.

Эти представления диаметрально противоположны взглядам другого известного французского биолога, Ж. Кювье (1769-1832), который предпринял специальные палеонтологические исследования, чтобы обнаружить промежуточные формы организмов, которые могли свидетельствовать в пользу их эволюционных изменений в природе. Не найдя таких промежуточных форм, Кювье пытался объяснить возникновение новых организмов периодически возникающими катаклизмами, или катастрофами, на земной поверхности, в результате которых происходило уничтожение старых и потом появление новых организмов. Ни о какой эволюции живых организмов в таком случае не могло быть речи.

Возвращаясь к Ламарку, следует отметить, что существенный недостаток его воззрений состоит в том, что, по его мнению, все приобретенные живыми организмами благоприятные признаки и свойства передаются родителями потомкам и, следовательно, оказываются наследственными, а значит, определяют ход всей дальнейшей эволюции. С точки зрения ламаркистов, изменения, связанные с упражнением и совершенствованием органов и функций тела, прямо и непосредственно определяют ход эволюции в природе, т.е. она оказывается строго определенной условиями окружающей среды. Никаких случайных изменений ламаркизм, по сути дела, не признает.

Таким образом, эволюция в природе, согласно Ламарку, строго детерминирована и совершается по жесткой схеме:

окружающая среда=>изменения в организме=>передача их по наследству=>новый вид.

Хотя дарвиновская концепция эволюции также признает существование такой групповой изменчивости, которую организмы приобретают под действием определенного фактора внешней среды, но она считает, что только случайные индивидуальные изменения, оказавшиеся полезными, будут использованы природой в процессе естественного отбора. Организмы с полезными признаками выживают в борьбе за существование и оставляют потомство. Именно таким путем они могут передавать новые, полезные признаки по наследству и тем самым влиять на процесс дальнейшей эволюции.

Опираясь на огромный фактический материал и практику селекционной работы по выведению новых сортов растений и пород животных, Ч. Дарвин сформулировал основные принципы своей эволюционной теории.

Первый принцип постулирует, что изменчивость является неотъемлемым свойством живого.

Важнейшим из них является мутационный процесс, что следует из признания того неоспоримого теперь факта, что основную массу эволюционного материала составляют различные формы мутаций, т.е. изменения наследственных свойств организмов, возникающие естественным путем или вызванные искусственными средствами.

Мутации являются теми наследственными изменениями, которые либо отдельно, либо совместно определяют изменения свойств, признаков, особенностей или норм реакции организмов. В своей совокупности они представляют то, что Дарвин называл индивидуальной или неопределенной изменчивостью. Факторы, которые вызывают мутации, называют мутагенами. К ним относятся космические, рентгеновские, радиоактивные лучи и вредные химические вещества, а также вирусы. Они вызывают изменения и перестройку генетического материала.

Поскольку мутации возникают случайно, постольку их результат действительно является неопределенным. Однако случайное изменение становится необходимым, когда оно оказывается полезным для организма, помогает ему выжить в борьбе за существование. Закрепляясь и повторяясь в ряде поколений, такие случайные изменения вызывают перестройку в структуре живых организмов и их популяций и таким образом приводят к возникновению новых видов. Хотя мутации - главные поставщики эволюционного материала, но они относятся к изменениям случайным, подчиняющимся вероятностным, или статистическим, законам. Поэтому они не могут служить направляющей силой эволюционного процесса. Тем не менее некоторые ученые рассматривают мутационный процесс в качестве определяющей силы эволюции, но забывают, что в таком случае приходится признать изначальную полезность и пригодность всех возникающих случайных изменений, что противоречит наблюдениям в живой природе и практике селекции. В действительности, кроме отбора - естественного или искусственного, - не существует никакого другого средства регулирования наследственной изменчивости. Только случайные изменения, оказавшиеся полезными в определенных условиях окружающей среды, отбираются в естественной природе или искусственно человеком для дальнейшей эволюции.

Вторым основным фактором эволюции (принципом Дарвина) служат популяционные волны, которые часто называют "волнами жизни". Они определяют количественные отклонения, от среднего значения численности организмов в популяции, а также области ее расположения, то есть, с одной стороны, все виды организмов имеют тенденцию к размножению в геометрической прогрессии, а с другой - выживают и достигают зрелости лишь в арифметической прогрессии, т.е. небольшая часть потомства.

Установлено, что малочисленные и многочисленные популяции не являются благоприятными для эволюции и возникновения новых форм живых организмов. В больших популяциях новым наследственным изменениям гораздо труднее проявиться, а в малочисленных такие изменения подвержены воздействию случайных процессов. Поэтому наиболее подходящими для эволюции и возникновения новых видов оказываются популяции средних размеров, в которых постоянно происходит изменение численности особей.

В качестве третьего основного фактора эволюции признается обособленность группы организмов.

На эту особенность эволюции указывал Дарвин, который считал, что для образования нового вида определенная группа организмов старого вида должна обособиться, но он не мог объяснить необходимость этого требования с точки зрения наследственности. В настоящее время установлено, что обособление и изоляция определенной группы организмов необходимы для того, чтобы она не могла скрещиваться с другими видами и тем самым передавать им и получать от них генетическую информацию. Изоляция различных групп организмов в природе, а также в практике селекции осуществляется самыми разными способами, но цель их одна - исключить обмен генетической информацией с другими видами. Для изоляции может служить географические, экологические условия, разные периоды спаривания и т.д., особенности поведения разных групп и видов организмов и многое другое.

К указанным основным факторам эволюции часто добавляют частоту смены поколений в популяциях, темпы и характер мутационных процессов и некоторые другие. Следует подчеркнуть, что все перечисленные основные и не основные факторы выступают не изолированно, а во взаимосвязи и взаимодействии.

Самое же главное заключается в том, что хотя все факторы эволюции и являются необходимыми ее предпосылками, но сами по себе ни в отдельности, ни в совокупности не могут объяснить механизм эволюционного процесса и его основную движущую силу. Такая сила заключается в действии естественного отбора, который является результатом взаимодействия популяций и окружающей их среды. Популяции составляют элементарные объекты для отбора, а среда ограничивает возможности такого отбора, поскольку потенциально возможность размножения является чрезвычайно высокой, характеризуемой геометрической прогрессией, а пищевые, территориальные, географические, климатические и экологические возможности среды весьма ограниченны. Именно борьба таких противоположных тенденций, как стремление к сохранению жизни и размножению, с одной стороны, и воздействие внешней среды, направленной на ограничение размножения, - с другой, составляют внутренне противоречивое содержание процесса эволюции.

Внутренние противоречия на разных уровнях организации живых систем составляют источник их развития и определяют характер "борьбы за существование". На уровне популяций эти противоречия выступают в форме объединения и борьбы особей внутри популяции, на уровне вида - в форме единства популяций, составляющих вид, и в то же время конкуренции между ними, которая может привести к формированию сначала разновидностей, а потом и нового вида. Результатом этого сложного процесса является устранение от размножения отдельных организмов, популяций, видов и других уровней организации живых систем.

Нередко естественный отбор характеризуют как процесс выживания наиболее приспособленных организмов. Впервые такую формулировку употребил известный английский философ Г. Спенсер (1820-1903), от которого ее заимствовал сам Ч. Дарвин. Впоследствии она получила широкое распространение среди биологов. Если вдуматься, то такую характеристику нельзя считать корректной, поскольку выражение "приспособленность" допускает различные степени, или градации, словесно определяемые с помощью терминов "большая" или "меньшая приспособленность". Действительно, как можно оценить, какой вид является более приспособленным к условиям существования, например слон или тигр? Кроме того, даже при меньшей степени приспособления допускается возможность размножения. В отличие от этого элиминация, или устранение от размножения, имеет однозначный смысл и точно определяет результат естественного отбора. Ведь о результатах естественного отбора можно судить только ретроспективно, т.е. задним числом. Вот почему известный английский биолог Дж. Хаксли (1887-1975) рекомендует употреблять термин "уничтожение неприспособленных" вместо термина "выживание приспособленных". Однако естественный отбор имеет не только негативный, но и творческий характер. В самом деле, путем такого отбора не только устраняются старые виды и формы жизни, но создаются новые, более совершенные формы.

Современная теория эволюции раскрывает также конкретные типы механизмов естественного отбора:

стабилизирующий отбор устраняет все заметные отклонения от некоторой средней нормы, вследствие чего не происходит возникновения новых видов, такой отбор играет незначительную роль в эволюции, поскольку сохраняет уже устоявшиеся формы живых организмов, в том числе и такие древние, как, например, кистеперые рыбы;

ведущая (движущая) форма отбора подхватывает мельчайшие изменения, способствующие прогрессивным преобразованиям живых систем и возникновению новых, более совершенных видов;

дезруптивный отбор обычно происходит при резком изменении условий существования организмов, многочисленная группа особей среднего типа попадает в неблагоприятные условия и погибает;

сбалансированный отбор связан с существованием и сменой адаптивных, или приспособительных, форм; при отборе с повышенной изменчивостью преимущество получают те популяции, которые отличаются наибольшим разнообразием по тем или иным признакам.

Следует, однако, отметить, что перечисленные типы отбора очень редко встречаются в "чистом" виде. Как правило, в живой природе наблюдаются сложные, комплексные типы отбора, и требуются особые усилия, чтобы выделить из них более простые типы.

Обсуждая основные факторы эволюции, мы убедились, что первоначальная теория Дарвина подверглась в дальнейшем значительны уточнениям, дополнениям и исправлениям, которые привели к возникновению новой, синтетической теории эволюции. Синтетической она называется потому, что объединяет в своем составе все положительное, что содержалось в первоначальной теории эволюции Дарвина, но в то же время дополняет и развивает ее дальше, отказываясь от некоторых, неподтвердившихся ее положений.

Синтетическая теория эволюции отличается от дарвиновской теории по ряду важнейших пунктов:

* она ясно выделяет элементарную структуру, с которой начинается эволюция; в настоящее время такой структурой считается популяция, а не отдельная особь или вид, который включает в свой состав несколько популяций;

* в качестве элементарного явления или процесса эволюции современная теория рассматривает устойчивое изменение генотипа популяции;

* она шире и глубже истолковывает факторы и движущие силы эволюции, выделяя среди них факторы основные и неосновные.

Кроме этого существенное отличие синтетической теории эволюции от дарвиновской состоит в четком разграничении областей исследования микроэволюции и макроэволюции. Эти термины впервые были введены в 1927 г. отечественным генетиком Ю.А. Филипченко (1882-1930) для характеристики разных масштабов эволюции. Теория микроэволюции исследует изменения генетической структуры популяций, которые могут привести к образованию нового вида. В отличие от этого макроэволюция изучает возникновение надвидовых форм организации живых систем на протяжении длительного периода развития. Дальнейшее уточнение эти определения получили в работах известного российского генетика Н.В. Тимофеева-Ресовского (1900-1981), который определяет микроэволюцию как совокупность эволюционных изменений, происходящих в генофондах популяций за сравнительно небольшой период времени и приводящих к образованию новых видов. В отличие от этого макроэволюция охватывает эволюционные преобразования за длительный исторический период времени, которые приводят к возникновению надвидовых форм организации живого.

Изменения, которые изучаются в рамках микроэволюции, доступны непосредственному наблюдению, тогда как макроэволюция происходит на протяжении длительного исторического периода времени, и поэтому ее процесс может быть реконструирован лишь задним числом. В этих целях могут быть использованы методы сравнительно-морфологического, эмбриологического и палеонтологического исследования, позволяющие с определенной степенью правдоподобия восстановить возможную картину происходивших процессов эволюции. При этом следует учитывать, что макроэволюция, как и микроэволюция, происходит в конечном итоге под воздействием изменений в окружающей среде.

Несмотря на трудности, с которыми сталкиваются исследователи при изучении макроэволюции, к настоящему времени накоплен немалый обобщающий материал, формулируемый обычно в виде определенных закономерностей, или правил, макроэволюции крупных групп организмов. Не претендуя на полноту, перечислим некоторые из них.

* Любая новая крупная группа организмов выше уровня вида, как правило, возникает потому, что приобретает в ходе эволюции качественно новые особенности в своей структуре и организации, которые дают ей важное преимущество в борьбе за существование. Наибольший интерес в этом смысле вызывает идея отечественного биолога А.Н. Северцова (1866-1936) об ароморфозе, согласно которой каждое крупное изменение в строении и функции организма можно рассматривать как новый фактор эволюции, во многом меняющий ее дальнейшее направление и вызывающий новые формы отбора. Он подчеркивал, например, что именно появление разумного поведения у высших животных явилось существенным усовершенствованием движущих сил эволюции.

Чем значительнее оказываются произошедшие изменения (ароморфоз) в группах организмов (таксонов) высшего порядка, тем настоятельнее адаптации к частным условиям среды таксонов низшего порядка.

Каждая группа организмов характеризуется определенным средним темпом эволюции. Чем быстрее совершается процесс приспособления группы к частным, конкретным условиям среды, тем скорее она достигает расцвета и, соответственно, гибели.

Уничтожение целых групп живых организмов в ходе эволюции обусловлено естественным отбором других групп, более приспособленных к изменившимся условиям окружающей среды. Исчезнувшие в процессе эволюции отдельные организмы, виды и группы впоследствии никогда не восстанавливаются в прежней форме.

Эволюция не всегда идет от простого к сложному. Некоторые группы организмов, как, например, бактерии, сохранились с древнейших эпох только благодаря упрощению своей организации.

Решение многих проблем развития органического мира предполагает не противопоставление, а дополнение макроэволюционного подхода микроэволюционным. Важно подчеркнуть, что макроэволюция осуществляется через последовательность микроэволюций и поэтому не обладает какими-либо особыми механизмами эволюции.

Синтетическая теория эволюции хотя и подвергла критике некоторые положения и принципы теории Ч. Дарвина, но сохранила ее основное содержание, а именно принцип естественного отбора как направляющей силы эволюционного процесса. В противоположность этому некоторые недарвиновские теории эволюции, появившиеся после победы дарвинизма в биологии, как раз отвергали принцип естественного отбора. Наиболее ранней антидарвиновской концепцией стал неоламаркизм, который несколько изменил прежние представления Ламарка, но сохранил его основные принципы. Хотя существовало множество различных разновидностей и направлений неоламаркизма, но все его сторонники по-прежнему утверждали, что эволюционные изменения происходят прямо или косвенно под влиянием условий окружающей среды, которые отражаются в изменениях некоторых свойств и признаков организмов. Эти изменения непосредственно передаются по наследству от родителей потомкам, не нуждаясь в естественном отборе. К 30-м гг. XX в. под влиянием развития генетики неоламаркизм утратил свое влияние среди биологов, хотя попытки его возрождения предпринимались в отечественной биологии в группе сторонников Т.Д. Лысенко, не признававших генетики и устранявших из биологической науки ученых-генетиков.

Другие антидарвинисты пытались доказать, что главным в эволюции являются не влияние среды и естественный отбор, а некий процесс реализации внутренних закономерностей развития живых организмов. В отечественной науке такую точку зрения в 20-х гг. XX в. под именем номогенеза выдвигал крупный ученый в области физической географии и ландшафтоведения Л.С. Берг (1876-1950). В последние годы некоторые японские генетики выступают с теорией о нейтральных мутациях, согласно которой последние не оказывают влияния на изменчивость, поскольку естественный отбор на молекулярном уровне не работает.

Наконец, совсем недавно появилось новое неодарвинистское направление, получившее название пунктуализма, сторонники которого считают, что процесс эволюции происходит путем редких скачков, в то время как большую часть времени организмы находятся в стабильном состоянии.

Как показывает этот краткий обзор, дискуссии по проблемам эволюции в живой природе выдвигают ряд мировоззренческих проблем, связанных с пониманием общих принципов развития, которые имеют философский характер. Об этом свидетельствует, в частности, дискуссии по вопросам генетики, которые проводились в нашей стране, как уже упоминалось, по инициативе Лысенко и его сторонников. При этом важно отметить, что конкретные факты и обобщения из генетики отрицались не научными аргументами, а совершенно неверно истолкованными философскими положениями диалектического материализма.

2. История естествознания: панорама современного естествознания

Экспериментальное естествознание, возникшее в XVII в. как противоположность натурфилософским воззрениям Античности и Средних веков, провозгласило опыт в качестве важнейшего средства исследования природы. В течение последующих трех веков благодаря использованию экспериментального метода оно достигло гигантских успехов. Изучение природы необходимо было начать с простейших процессов, к которым относится механическое движение тел. Классическая механика благодаря своим успехам в объяснении движения земных и небесных тел и точности предсказаний стала образцом, или парадигмой, для остальных наук. По мнению многих ученых, именно она составляет фундамент классического естествознания и даже всей науки в целом. Однако в своем исследовании механика абстрагируется от многих усложняющих особенностей и деталей изучаемых процессов и явлений. Так, например, она рассматривает планеты, обращающиеся вокруг Солнца, как материальные точки, а сами тела как системы таких точек. Поскольку размеры планет крайне малы в сравнении с их расстоянием от Солнца, то такая абстракция оказывается вполне обоснованной и плодотворной. Однако уже при изучении структуры планет и других небесных тел она становится явно непригодной. Еще менее эффективными оказываются понятия и принципы механики при исследовании специфических закономерностей химических и биологических процессов. Между тем ученые прошлых веков пытались свести объяснение этих более сложных форм движения к понятиям и законам механики.

Сама картина природы, основанная на принципах классической механики, оказывалась явно не согласующейся с реальной действительностью. В самом деле, согласно этим принципам, если точно задать начальные условия движения, т.е. координаты и скорость тела, то по уравнениям, описывающим движение тела, можно точно и однозначно определить его состояние как в будущем, так и в прошлом. Таким образом, прошлое и будущее при таком подходе оказываются тождественными, а сами механические процессы обратимыми. Следовательно, реальное понимание времени как процесса изменений состояний системы исчезает, а объективно текущее время превращается в геометрический параметр движения.

Такие представления классической механики оказались несостоятельными, когда физика приступила к изучению термодинамических процессов в связи с созданием тепловых машин в первой половине XIX в. Общеизвестно, что тепловые процессы являются необратимыми: тепло передается от горячего тела к холодному, но никогда наоборот. С возникновением термодинамики как учения о закономерностях тепловых процессов в естествознание впервые было введено понятие необратимых процессов, а тем самым и направления времени ("стрела времени"). Однако в классической термодинамике необратимость систем связывается с возрастанием их беспорядка и дезорганизации. Между тем эволюционная теория Дарвина показывает, что в живых системах необратимые процессы приводят к возникновению новых видов, а следовательно, к их совершенствованию и организации. В связи с этим было пересмотрено исходное понятие классической термодинамики - понятие закрытой системы. Оказалось, что все реальные системы природы являются открытыми, т.е. обменивающимися с окружающей средой веществом, энергией, а нередко и информацией. При наличии определенных условий даже в неорганической природе такие системы могут самоорганизовываться. Возникновение термодинамики открытых и неравновесных систем и появление нового междисциплинарного направления исследования сложноорганизованных систем - синергетики являются убедительным свидетельством существования новой тенденции в развитии естествознания, ориентированной на целостное, системное исследование явлений и процессов природы, происходящих в реальном времени.

Еще в начале XX в. в связи с революцией в физике появились две великие теории, которые нанесли непоправимый удар механистической картине мира. Речь идет, во-первых, о теории относительности А. Эйнштейна, которая подвергла коренному пересмотру учение о пространстве и времени в классической механике; во-вторых, о квантовой механике, установившей неприменимость понятий и принципов механики Ньютона к изучению движения мельчайших частиц материи - молекул, атомов и элементарных частиц. Следует, тем не менее, отметить, что и теория относительности, и квантовая механика опираются на представление об обратимом характере времени. Новая же тенденция в естествознании ориентируется на необратимость происходящих в системе изменений и, следовательно, на реальный характер времени. Именно благодаря этому современные понятия и принципы естествознания оказываются более адекватными реальному миру, чем прежние. Поэтому и современная естественнонаучная картина мира должна опираться на новейшие достижения и концепции развития естествознания.

Человек живет не только в природной среде, но и в обществе, и поэтому его взгляд на мир не ограничивается представлениями о природе, но также включает его мнения об общественном устройстве, его законах и порядках. Поскольку индивидуальная жизнь людей складывается под влиянием собственного жизненного опыта, постольку и их взгляды на общество, и, следовательно, картина общества у них различны. Наука же ставит своей целью создать целостную картину общества, которая имела бы общий, универсальный и - что особенно важно - объективный характер.

Таким образом, общая научная картина мира, складывающаяся из картины природы, формируемой естествознанием, и картины общества, создаваемой обществознанием, дает единое, целостное представление о фундаментальных принципах развития природы и общества. Однако законы общества существенно отличаются от законов природы, прежде всего, тем, что действия людей имеют осознанный и целенаправленный характер, в то время как в природе действуют слепые, стихийные силы и потому в ней отсутствуют какие-либо цели. Тем не менее, и в обществе, несмотря на различие целей, интересов и стремлений разных людей, в конечном итоге устанавливается определенный порядок, выражающий закономерный характер его развития. Отсюда становится ясным, что между научной картиной естествознания и картиной обществознания существует глубокая внутренняя связь, которая находит свое конкретное воплощение в существовании общей научной картины мира. Поскольку общие понятия, принципы и законы научной картины мира и категории и принципы, изучаемые в рамках философии, тесно связаны друг с другом, постольку возникает вопрос об их различии и специфике.

Научные картины, создаваемые отдельными науками, так же как картины естествознания и мира в целом, ставят своей важнейшей целью систематизацию знаний разной степени общности. Процесс систематизации и синтеза знаний предполагает поиск таких общих понятий и принципов, с помощью которых становится возможным понять место и роль конкретных закономерностей в общей системе научного знания, их постижение не как отдельных элементов, а как единой системы знаний. Такое понимание означает целостное рассмотрение научных знаний, их постижение не как отдельных элементов, а как единой системы знаний. Поэтому картина природы, создаваемая отдельной наукой о природе или естествознанием в целом, представляет собой систему знаний различной степени общности и глубины, которая возникает в результате их синтеза. При этом картина отдельной науки, например физики, будет частью, или фрагментом, общей естественнонаучной картины природы, а последняя будет составлять часть картины мира в целом, включающей природу и общество.

Если отдельные научные теории ставят своей целью объяснение, понимание и предсказание конкретных фактов изучаемой области мира, то картины мира стремятся выделить основные понятия и фундаментальные принципы науки, в которую входит данная теория. Опираясь на них, картина мира помогает понять роль и место отдельных понятий и закономерностей в общей системе мира. Именно в этом отношении она играет систематизирующую роль в познании и благодаря этому же приобретает общий эвристический и прогностический характер. Действительно, в рамках узких границ отдельной научной теории или даже конкретной научной дисциплины трудно уловить общие тенденции развития достаточно широкой области явлений, а тем более природы и общества в целом. Обобщение и синтез знания в научной картине мира дают возможность понять, в каком направлении происходит это развитие, какие наиболее важные проблемы выдвигаются перед наукой. Такой общий подход к познанию реальности теснейшим образом связывает научную картину мира с философией и мировоззрением в целом.

Первую революцию в науке относят к XVII в. и связывают с возникновением экспериментального естествознания. Вместо разного рода натурфилософских догадок и гипотез о скрытых качествах вещей ученые той эпохи, начиная с Г. Галилея, стали проверять свои предположения и гипотезы с помощью точно построенного эксперимента. Экспериментальный метод с тех пор стал важнейшим методом исследования природы, и его значение трудно переоценить. Вместе с ним совершенствовались также теоретические методы.

Вторая революция возникла в конце XIX - начале XX в., когда в естествознании были сделаны крупнейшие открытия, которые коренным образом изменили наши представления о научной картине мира. Эти открытия были связаны прежде всего с обнаружением кванта энергии, установлением строения вещества и взаимосвязи массы и энергии.

Выдвижение на передний край естествознания биологических проблем, а также особая специфика живых систем дали повод целому ряду ученых заявить о смене лидера современного естествознания. Если раньше таким бесспорным лидером считалась физика, то теперь на такую роль все решительнее претендует биология. Соответственно этому если идеалом устройства окружающего мира в прошлом признавали часы и машины, то теперь таким идеалом считается живой организм. Однако многочисленные противники такого взгляда не без основания заявляют, что поскольку живой организм состоит из тех же молекул, атомов, элементарных частиц, то по-прежнему лидером естествознания должна оставаться физика.

Вопрос о лидерстве в естествознании зависит от множества разнообразных факторов, среди которых решающую роль играют ценность лидирующей науки для общества, точность, разработанность и фундаментальность методов ее исследования, возможность их применения в других науках и некоторые другие. Несомненно, однако, что самыми впечатляющими для современников являются наиболее крупные открытия, сделанные в лидирующей науке, и перспективы ее дальнейшего развития. С этой точки зрения биология второй половины XX столетия может рассматриваться, по крайней мере, как кандидат в лидеры современного естествознания, ибо именно в ее рамках были сделаны наиболее революционные открытия.

Говоря о революциях в естествознании, следует в первую очередь отказаться от наивных и предвзятых представлений о них как о процессах, связанных с ликвидацией прежнего знания, с отказом от преемственности в развитии науки, и прежде всего от ранее накопленного и проверенного эмпирического материала. Такой отказ касается главным образом прежних гипотез и теорий, которые оказались неспособными объяснить вновь установленные факты наблюдений и результаты экспериментов.

Революционные преобразования в естествознании означают коренные, качественные изменения в концептуальном содержании его теорий, учений и научных дисциплин. Развитие науки отнюдь не сводится к простому накоплению и даже обобщению фактов, т.е. к тому, что называют кумулятивным процессом. Факты всегда стремятся объяснить с помощью гипотез и теорий.

В XX в. возникли, с одной стороны, квантово-механистическая картина мира, а с другой - релятивистская картина пространства-времени. В настоящее время все большую роль в формировании картины мира начинают играть эволюционные взгляды, тесно связанные с системным подходом и самоорганизацией. В связи с этим в современную науку все шире проникает идея о глобальной эволюции. Такое общее, предварительное и схематическое представление о связи между фундаментальными концепциями и парадигмами исследования и естественнонаучными картинами мира свидетельствует о качественных изменениях в развитии самого естествознания, сопровождающихся научными революциями.

Важнейшие открытия в области физики.

В настоящее время в области фундаментальной теоретической физики выделяются три уровня строения материи: микромир - мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов; макромир - мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время - в секундах, минутах, часах, годах; мегамир - мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в которых измеряется световыми годами, а время существования космических объектов - миллионами и миллиардами лет.

Основными достижениями микромира являются: установление строения атома, открытие деления урана и цепной реакции, работы по получению управляемой термоядерной реакции, построение теории элементарных частиц.

После открытия электрона было установлено существование большого числа новых элементарных частиц. В характеристике элементарных частиц различают четыре вида взаимодействия: сильное взаимодействие, электромагнитное взаимодействие и слабое взаимодействие. Гравитационное взаимодействие - самое слабое, не учитывается в теории элементарных частиц; распространяется на все виды материи; имеет решающее значение, когда речь идет об очень больших массах.

Основные положения современной атомистики могут быть сформулированы следующим образом:

1) атом является сложной материальной структурой, представляет собой мельчайшую частицу химического элемента;

2)у каждого элемента существуют разновидности атомов (содержащиеся в природных объектах или искусственно синтезированы);

3) атомы одного элемента могут превращаться в атомы другого; эти процессы осуществляются либо самопроизвольно (естественные радиоактивные превращения), либо искусственным путём (посредством различных ядерных реакций).

К основным достижениям в области мегамира можно отнести модель Большого взрыва, установление источника энергии Солнца, астрономические исследования вселенной.

Современная космология начала складываться в 20-е годы ХХ века на основе созданной Энштейном общей теории относительности. В 1922 году советский математик и геофизик А.А. Фридман нашёл решение уравнений общей теории относительности для замкнутой расширяющейся Вселенной. Он установил, что искривлённое пространство не может быть стационарным: оно должно или расширяться, или сжиматься. Открытое в 1929 году американским астрономом Э. Хабблом "красное смещение" для всех далёких источников оказалось пропорциональным расстоянию до источника, что подтверждало гипотезу о расширении видимой части Вселенной. В 1965 году американские ученые А. Пензиас и Р. Вилсон с помощью радиотелескопа установили, что во Вселенной имеется так называемое фоновое радиоизлучение, названное советским ученым И.С. Шкловским реликтовым. Таким образом, два экспериментально установленных положения - расширение Вселенной и реликтовое излучение - являются убедительными доводами в пользу так называемой теории "большого взрыва".

По современным представлениям, вначале был взрыв. Всего лишь через одну сотую секунды после взрыва Вселенная имела температуру порядка 100млрд градусов. При такой температуре молекулы, атомы и даже ядра атомов существовать не могут. Вещество Вселенной пребывало в виде элементарных частиц, среди которых преобладали электроны, позитроны, нейтрино, фотоны, а также протоны и нейтроны. Плотность вещества Вселенной спустя 0,01 секунды после взрыва, несмотря на очень высокую температуру, была огромной: в 4000 миллионов раз больше, чем у воды. В конце первых трёх минут после взрыва температура вещества Вселенной, непрерывно снижаясь, достигла 1 млрд. градусов К. Плотность вещества также снизилась, но ещё была близкой к плотности воды. При этой, хотя и очень высокой, температуре начали образовываться ядра тяжёлого водорода (дейтерия) и ядра гелия. Однако вещество Вселенной в конце первых трёх минут состояло в основном из фотонов, нейтрино, и антинейтрино. Только по истечении нескольких сотен лет начали образовываться атомы водорода и гелия. Силы гравитации превращали газ в сгустки, ставшие материалом для возникновения галактик и звёзд.

В макрофизике можно выделить достижения в трёх направлениях: в области электроники, в области создания лазеров и их применения, в области высокотемпературной сверхпроводимости.

Важнейшие открытия в области химии

Химию принято подразделять на пять разделов: неорганическая, органическая, физическая, аналитическая и химия высокомолекулярных соединений. С помощью неорганической химии разрабатываются методы синтеза и глубокой очистки веществ. Многие процессы проходят в условиях горения и низкотемпературной плазмы. Химические реакции часто сочетают с получением волокнистых, слоистых и монокристаллических материалов, с изготовлением электронных схем. Неорганические соединения применяются для всех отраслей промышленности, включая космическую технику, удобрение и кормовые добавки, ядерное и ракетное топливо, фармацевтические материалы. Органическая химия - наиболее крупный раздел химической науки. Общепризнано огромное значение химии полимеров. Так, ещё в 1910 году С.В. Лебедев разработал промышленный способ получения бутадиена, а из него каучука. В 1938 году Р. Планкет открывает тефлон, создаются "вечные" смазочные масла (пластмассы и эластомеры), широко используемые космической и реактивной техникой, химической и электротехнической промышленностью. В 30-40-е годы исследования фосфорорганических соединений А.Е. Арбузовым привели к открытию лекарственных препаратов, отравляющих веществ, средств защиты растений и др. Химия ароматических и гетероциклических соединений породила производство душистых и лекарственных веществ. Проникновение органической химии в смежные области - биохимию, биологию, медицину, сельское хозяйство - привело к изучению свойств, установлению структуры и синтезу витаминов, белков, нуклеиновых кислот, антибиотиков, новых средств ускорения роста растений и средств борьбы с вредителями. В 1963 году В. Виньо синтезировал инсулин, также были синтезированы окситоцин (пептидный гормон), вазопрессин (гормон, обладающий антидиуретическим действием), брадикинин (обладает сосудорасширяющим действием). Физическая химия объясняет химические явления и устанавливает их общие закономерности. В результате развития квантовой химии многие проблемы химического строения веществ решаются на основании теоретических расчётов; наряду с этим широко используются физические методы исследования - рентгеноструктурный анализ, дифракция электронов, спектроскопия, методы, основанные на применении изотопов. Аналитическая химия рассматривает принципы и методы изучения химического состава вещества. Включает количественный и качественный анализ. Современные методы аналитической химии связаны с необходимостью получения полупроводниковых и других материалов высокой частоты.

Современные биотехнологии

Биотехнологии основаны на использовании живых организмов и биологических процессов в промышленном производстве. На их базе освоено массовое производство искусственных белков, питательных и многих других веществ. Успешно развивается микробиологический синтез ферментов, витаминов, аминокислот, антибиотиков и т.п. С применением генных технологий и естественных биоорганических материалов синтезируются биологически активные вещества - гормональные препараты и соединения, стимулирующие иммунитет.

С помощью молекулярных проб (фрагментов ДНК с определенной последовательностью нуклеотидов) можно определять, скажем, заражена ли донорская кровь вирусом СПИДа. А генные технологии для идентификации некоторых микробов позволяют следить за их распространением, например, внутри больницы или при эпидемиях.

Генные технологии производства вакцин развиваются в двух основных направлениях. Первое - улучшение уже существующих вакцин и создание комбинированной вакцины, т.е. состоящей из нескольких вакцин. Второе направление - получение вакцин против болезней: СПИДа, малярии, язвенной болезни желудка и др.

Проводится целенаправленная работа по генетической модификации свойств микробов, используемых в производстве хлеба, сыроварении, молочной промышленности, пивоварении и виноделии, чтобы увеличить устойчивость производственных штаммов, повысить их конкурентоспособность по отношению к вредным бактериям и улучшить качество конечного продукта.

Генетически модифицированные микробы приносят пользу в борьбе с вредными вирусами и микробами и насекомыми. Вот примеры. В результате модификации тех или иных растений можно повысить их устойчивость к инфекционным болезням. Так, в Китае устойчивые к вирусам табак, томаты и сладкий перец выращивают уже на больших площадях. Известны трансгенные томаты, устойчивые к бактериальной инфекции, картофель и кукуруза, устойчивые к грибкам.

В настоящее время трансгенные растения промышленно выращиваются во многих странах. С каждым годом увеличиваются площади под трансгенными растениями. Особенно важно использовать трансгенные растения в странах Азии и Африки, где наиболее велики потери урожая от сорняков, болезней и вредителей и в то же время больше всего не хватает продовольствия.

Не приведет ли широкое внедрение в практику генных технологий к появлению еще не известных эпидемиологам заболеваний и других нежелательных последствий? Практика показывает, что генные технологии с начала их развития по сей день, т.е. в течение более 30 лет, не принесли ни одного отрицательного последствия. Более того, оказалось, что все рекомбинантные микроорганизмы, как правило, менее вирулентны, т.е. менее болезнетворны, чем их исходные формы. Однако биологические феномены таковы, что о них никогда нельзя с уверенностью сказать: этого никогда не случится. Более правильно говорить так: вероятность того, что это случится, очень мала. И тут как, безусловно, положительное важно отметить, что все виды работ с микроорганизмами строго регламентированы, и цель такой регламентации - уменьшить вероятность распространения инфекционных агентов. Трансгенные штаммы не должны содержать генов, которые после их переноса в другие бактерии смогут дать опасный эффект.

Открытия в информатике Информатика - новая информационная индустрия и научная дисциплина, связанная с использованием компьютеров и сети Интернет. Развитие бизнеса, образования, промышленности и общества во многом зависит от развития Интернет и новейших электронных технологий.

ЭВМ - электронные вычислительные машины - одно из важнейших изобретений XX в. За рубежом, а позже и у нас в стране вычислительные машины получили название компьютеров. В качестве машин компьютеры используются как универсальные устройства обработки, передачи и накопления самой различной информации.

Обработка, накопление и передача информации происходит не только в ЭВМ, но и при общении людей, в технических устройствах, в живых организмах и в жизни общества. Новым инструментом в передаче и накоплении информации в человеческом обществе стала сеть Интернет.

Интернет - это международная компьютерная сеть, связывающая компьютеры во всех странах и континентах, хранящая гигантские объемы информации и дающая оперативный доступ к этой информации практически всем людям.

Компьютерная сеть Интернет зародилась в США в самом начале 70-х годов, а в 80-х годах вышла за границы США и стала международной. По этим причинам английский язык в Интернет с самого начала стал базовым международным языком, объединяющим людей из разных стран. Более 90% информации Интернет в настоящее время представлено на английском языке. Причина - более 60% сетевых ЭВМ, установленных в Интернет, находится в США. Там же находятся основные производители компьютеров, разработчики программного обеспечения и телекоммуникационного оборудования. эволюция биология естествознание мир

Передача информации в общении людей - это передача сведений и суждений, данных и сообщений. Передача информации в сети Интернет - это обмен письмами, сообщениями между людьми и компьютерами. Но кроме передачи Интернет представляет еще и гигантское хранилище, в котором мы можем искать информацию.

Для живых существ восприятие и передача информации в форме сигналов - основное отличие от неодушевленных предметов окружающего мира. Языковая форма передачи знаковой информации - основное отличие людей от других живых существ.

Особую роль в жизни общества играют документы. Документированная информация имеет юридическую силу и может служить для фиксации самых различных событий и взаимоотношений между людьми. Документированная информация - основной вид информации, передаваемой в сети Интернет и хранящейся в памяти ЭВМ. Возможность записи информации в виде письменных документов привела к образованию человеческих сообществ, государств, почтовых служб и бюрократии, вся жизнь которой состоит в накоплении, подготовке и использовании задокументированной информации.

В сети Интернет для хранения информации используются серверы. Серверы - это компьютеры, подключенные к сети ЭВМ и имеющие машинные накопители для хранения большого объема информации. Современные серверы имеют память, достаточную для хранения различных архивов и библиотек служебного пользования.

Точкой становления информатики как новой индустрии в середине XX в. стало создание компьютеров - универсальных электронных вычислительных машин. Основной возможностью этих машин стала автоматическая обработка информации с помощью специально создаваемых программ. Переработка информации перестала быть исключительной способностью людей и живых существ. На первых же моделях вычислительных машин были созданы и заработали первые модели искусственного интеллекта, являвшегося основной особенностью живых существ.

В это же время были заложены основы информатики как научной дисциплины. Информатика как наука изучает принципы и методы накопления, обработки и передачи информации в ЭВМ и в сети Интернет. Одной из основных проблем информатики считается проблема создания и развития систем искусственного интеллекта как новой формы разума.

Системы искусственного интеллекта - это компьютерные программы и системы, моделирующие или воспроизводящие интеллектуальную деятельность. При этом под интеллектуальной деятельностью понимаются способности производить логические умозаключения и осмысленную переработку информации. Если интеллектуальная деятельность людей основывается на законах логики, то работа любых программ на ЭВМ основана исключительно на законах математической логики. Знание этих законов позволяет в принципе понимать логику работы любых программ и компьютерных систем.

Фундамент информатики как научной дисциплины образуют вычислительные науки, изучающие организацию вычислительных процессов, вычислительных машин, систем и сетей. Компьютеры первого поколения создавались именно как электронные вычислительные машины для автоматизации сложнейших вычислений. В этот период зародилась профессия программистов - создателей программ для ЭВМ и появились первые языки программирования.

Возможность измерить количество информации весьма важна и с теоретической и с практической точки зрения. Так, например, для каждого действующего канала связи существенной характеристикой является его пропускная способность, т.е. максимальное количество информации, которое может быть передано по этому каналу в единицу времени. Физиологи и психологи научились определять количество информации, которое человек может воспринимать с помощью своих органов чувств, удерживать в памяти и подвергать обработке. Эти данные помогают научно обоснованно организовывать учебно-воспитательный процесс, верно дозировать порции учебной информации. Особое значение приобретает количественная оценка объемов обрабатываемой информации в связи с массовым применением ЭВМ.

Немаловажное значение для перспектив развития информатики имеет ее структура, в значительной мере определяющая направление проводящихся в ней научных исследований.

Эта структура отражает последовательность этапов информационной деятельности:

отбор > обработка > хранение > поиск > распространение.

Предмет и структура информатики, круг разрабатываемых ею проблем имеют не только теоретическое, но и практическое значение. Подготовка кадров, повышение их квалификации, формирование профессионального мышления, информационное обеспечение, создание коммуникационных традиций (как по формальным, так и по неформальным каналам) - вот далеко не полный перечень жизненно важных вопросов, решение которых зависит от того, какой круг вопросов будет исследовать информатика. Но учитывая, что научная дисциплина это не только совокупность знаний, но и институция, сообщество ученых, объединенных единым кругом изучаемых проблем и подходов к их изучению, инфраструктура дисциплины оказывает влияние на ее развитие.

Как в этих условиях будет развиваться информатика? Если не выходить за очерченные нами рамки, то потребуется значительно интенсифицировать исследования свойств и структуры семантической информации, подходов к определению ее сложности, количества, ценности, полезности, старения, рассеяния и т.п. Необходимы дальнейшие исследования информационных систем, разработка их математических и других формальных моделей. Особую актуальность приобретает построение интеллектуальных информационных систем, позволяющих прогнозировать исследуемые свойства веществ, процессов, явлений на основе неполной информации. Информационный поиск смыкается здесь с автоматизацией исследований и проектирования, что требует глубокой логической и лингвистической проработки.