Естествознание как особая форма знания 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Естествознание как особая форма знания



Раздел 1

ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ КАК ОСОБАЯ ФОРМА ЗНАНИЯ

Механистическая картина мира

Картина мира, получившая в классической науке название механи­стической (механической), сформировалась в XVII в. и господствовала в течение примерно двух столетий, вплоть до конца XIX в. На ееразвитие и конкретное оформление особое влияние оказала типич­ная производственная практика той эпохи с присущими именно ей особыми орудиями труда, технологическими процессами, функциями работников и создаваемыми продуктами.

Образ машины, механизма с типичными функциями прочно стал базовым для понимания всех природных проявлений. Некоторые уче­ные той эпохи рассматривали животных и даже человека как живую биомашину (Р. Декарт (1596-1650), Ж. Ламетри (1709-1751)}.

Не менее важную роль в формировании практических образов играли господствующие технологические процессы и общие принци­пы проектирования техники: сборка изделий из простых частей (тру­бок, колес, пружин и т.п.), механическая обработка деталей, использо­вание естественных материалов или простых сплавов.

Итак, все это, вместе взятое, и создавало предпосылки понимания мира как механического целого, а всей Вселенной — как собранного из простых отдельных совместимых деталей механизма. Самой слож­ной при этом оставалось проблема источника толчка — кто же (или что же) запустил в ход эти огромные вселенские часы? Ответ был вполне логичен для той эпохи, когда большинство ученых верили в Бога, — запустил вселенский механизм в ход, вдохнул в них жизнь Господь Бог, Творец, устранившийся далее от дел и как бы Наблюдаю­щий со стороны за происходящим (теория деизма).

И, по сути, исключением стал смелый ответ французского матема­тика и астронома П. Лапласа на прямой вопрос императора Франции Наполеона, почему он, Лаплас, в своих научных построениях обошелся без идеи Бога. «Я не нуждался в этой гипотезе, сир», — был ответ знаменитого ученого.

Как видим, в своей основе механистическая картина мира была логичным следствием практики той эпохи, периода механизации фи­зического труда, становления машинного фабрично-заводского про­изводства. Природа представлялась людям совокупностью обособ­ленных четко разделенных и очерченных тел, вступающих в элемен­тарные связи и подчиненных однозначным и простым закономернос­тям. Поскольку в практику того времени были вовлечены преимуще­ственно внешние слои природного мира, наука еще не могла глубоко проникнуть в сущность вещей и процессов и радикально изменить типичное видение природы. Первоначально картина мира формиро­валась за счет образов, заимствованных из производственно-техниче­ской деятельности, лишь позднее она начинает усложняться посред­ством привнесения экспериментально-измерительных процедур и бо­лее сложных абстракций.

Механистическая картина мира, в результате, явно несет печать определенного стиля научного мышления, тяготевшего к формаль­ной логике, метафизическому методу, натурализму. Из всех наук у такой картины мира наиболее тесные связи были с механикой в ее новой ньютоновской форме, интегрировавшей прикладное техничес­кое знание и некоторые опорные естественнонаучные представления. Стихия механических стереотипных операций - простая структура действий человека по отношению к природе - предопределила само видение природы и человека как части природы.

Такая общая картина мира позволяла сделать вывод о том, что с накоплением конкретных материалов, относящихся к разным естествен­нонаучным дисциплинам, вполне возможно приближение к некой завер­шенной, исчерпывающей характеристике мира в целом и царящих в нем законов. Однако, как показала дальнейшая история науки, этот вывод оказался несостоятельным.

Содержание понятия физической исследовательской программы

Физическая исследовательская программа базируется на основ­ных понятиях и отношениях концепции научно-исследовательской программы Лакатоса, но с тем важным уточнением, что в основе «же­сткого ядра» лежит не фундаментальная, а базисная теория. Здесь проводится различие между фундаментальной и базисной теорией. Фундаментальная теория является конкретной теорией специального класса явлений. Базисная теория представляет собой синтез несколь­ких фундаментальных теорий, формируется с признаками системооб­разующей целостности. Именно этот фактор лежит в основе отличия базисной теории от фундаментальной. Так что не всякая фундамен­тальная теория становится базисной. «Жесткое ядро» лакатосовской модели, используя различные гипотезы из защитного пояса, обеспечи­вает развитие какой-то одной конкретной фундаментальной теории. Базисная же теория использует дополнительные гипотезы и способна соединяться с различными объектами исследований, формируя тем самым целый ряд фундаментальных теорий разнокачественных объек­тов. Так, например, квантовая теория поля как базисная теория фор­мирует целый ряд фундаментальных теорий: атомную физику, ядер­ную физику, физику элементарных частиц, физику кварков и т.д. Именно базисные теории дают возможность для развертывания в рамках про­граммы концепций, имеющих трансдисциплинарный характер.

В содержании научного знания всегда имеются такие образы, происхождение которых внеэмпирично и которые внедряются в науку как бы «извне», являясь элементами культуры данной эпохи, имею­щими социокультурное происхождение. Примером этого может слу­жить атом Демокрита или понятие пустоты. Это так называемые «затравочные образы» теории (С.Н. Жаров). Важно то, что «затра­вочные» образы функционирует в содержании развитой теории как системообразующее, логически необходимое ядро теоретического образа и формируют соответствующие принципы, на основе которых строится научная теория. Механизм революционных изменений в науке, возникновения новых исследовательских программ связан как раз с пересмотром этих принципов. Потому чрезвычайно важно фиксировать и исследовать затравочные образы в базисной теории существующей научно-исследовательской программы.

 

Типы физических исследовательских программ, имевшие место в ходе развития естествознания

Выделяют 4 физические исследовательские программы, сменяю­щие друг друга в истории развития науки:

■ механистическая исследовательская программа;

■ релятивистская исследовательская программа;

■ квантово-полевая исследовательская программа;

■ современная физическая исследовательская программа — единая теория поля.

Механистическая исследовательская программа предпосылкой своего возникновения имеет механику Ньютона. «Затравочными об­разами» (С.Н. Жаров) ньютоновской механики выступают атомы (кор­пускулы) и пустота, а также абсолютное пространство и абсолютное время. Исходные принципы механики Ньютона являлись нематемати-зированными, однако, базируясь на них, он получил математизирован­ные следствия, ввел математическую символику для описания фун­даментальных понятий физики и создал фундаментальную теорию — механику материальной точки. Понятие материальной точки впервые введено Л. Эйлером, он же продолжает деятельность Ньютона и рас­сматривает большое число задач движения. Создание базисной тео­рии механистической исследовательской программы следует связы­вать с именем Ж. Лагранжа и его последователей — У. Гамильтона, П. Лапласа, Якоби и др. В дальнейшем базисная теория — аналитическая механика, соединяясь с различными классами различных объектов, приводит к формированию фундаментальных теорий, таких как меха­ника небесных тел, гидродинамика, аэродинамика и др. Механистичес­кая идеология господствовала на всем горизонте научных исследова­ний вплоть до XX в. Однако возникли физические теории, которые не могли быть интерпретированы в рамках механистической исследо­вательской программы, — это термодинамика и электродинамика.

Релятивистская исследовательская программа своим возник­новением обязана попытке построения простой, свободной от проти­воречий электродинамики движущихся тел. Это построение было ус­пешно осуществлено А. Эйнштейном в созданной им специальной теории относительности (СТО). Теория относительности базируется на новом взгляде на природу пространства и времени и является, по существу, новой кинематической теорией, критически переосмысли-

 

вающей понятия пространства и времени ньютоновской механики. На смену пространству Евклида в СТО приходит четырехмерное псевдо­евклидово пространство Минковского, в котором время по своему месту в физических уравнениях эквивалентно трем пространствен­ным координатам.

Несмотря на революционность специальной теории относительно­сти, на возникновение на ее основе новой релятивистской исследова­тельской программы, включающей в себя ньютоновскую механику как свой предельный случай, релятивистская исследовательская програм­ма не привела к новому типу научной рациональности. Здесь возни­кает совершенно иной взгляд на пространство-время, однако вся эво­люция физических явлений сохраняет идеал — классическое описа­ние в смысле жесткой причинно-следственной, детерминированной связи явлений.

Стремление распространить принцип относительности на любые типы движения приводит Эйнштейна к созданию общей теории от­носительности (ОТО). Общая теория относительности лежит в ос­нове космологии — науки о происхождении и эволюции Вселенной. На сегодняшний день она может рассматриваться как фундаменталь­ная теория, а именно, как классическая теория гравитации. По всей видимости, только синтез ОТО и квантовой теории поля приведет к построению базисной теории четвертой из рассматриваемых нами фи­зических исследовательских программ — единой теории поля.

Квантово-полевая исследовательская программа. Гениальная идея, высказанная Максом Планком, о дискретном характере излуче­ния, о корпускулярной природе света привела к возникновению кван­товой механики. Квантовая механика — фундаментальная теория, по­зволяющая описывать поведение объектов в микромире. Основопо­лагающей в квантовой механике является идея о том, что корпуску-лярно-волновая двойственность свойств, установленная для света, имеет универсальный характер и распространяется на все объекты микро­мира.

На протяжении всей истории возникновения и становления кван-тово-полевой исследовательской программы имело место формиро­вание нового неклассического типа научной рациональности, нового стиля мышления ученых, резко размежевывающегося с привычным классически-механистическим.

Единая теория поля. На современном этапе предпринята попытка построения единой теории поля — новой физической исследовательс­кой программы, в которой удалось бы объединить известные четыре типа физических взаимодействий — гравитационное, электромагнитное,

 

 

сильное и слабое в единое суперсимметричное суперполе. В рамках, данной программьгпредполагается рассмотрение эволюции Вселенной из этого суперсимметричного состояния, в котором вся материя пред­ставлена только физическим вакуумом. Спонтанное нарушение сим­метрии вакуума в процессе расширения Вселенной и приводит к мно­гообразию физического мира.

Разрабатываемая программа имеет целостно-синергетическую на­правленность и способствует формированию постнеклассиче-ского типа научной рациональности.

Фотон и его характеристики

Фотон обладает энергией Е = пу. Согласно теории относительно­сти, частица с энергией Е обладает массой т = Е/С2. Фотон — части­ца, движущаяся со скоростью света С. Подстановка в формулы спе­циальной теории относительности значения скорости движущегося объекта У=С приведет к равенству нулю массы покоя фотона. То есть фотон существенно отличается от обычных известных к тому времени в физике частиц, так как не имеет массы покоя и может существовать только в движении. Из равенства вышеприведенных формул получим

пу = тС2. Импульс фотона Р = тС и, следовательно, равен

Р = Ну/С = п/1, где I — длина волны.

Неклассическая физика

Ферми-частицы (частицы вещества)

Бозе-частицы (кванты полей)

Постнеклассическая физика

бозе-частицы (спин=1; 2) Скалярные

хиггсовые бозе-частицы'

Рис. 1. Новые представления о структуре материи Ферми-частицы

(спин=0) Физический вакуум Кварки.Пептоны

Калиброванные векторные

 

Исходя из представлений о суперсимметричном состоянии исход­ного вакуума нашей Вселенной, весь последующий процесс эволюции Вселенной рас-сматривается как сменяющие друг друга этапы, содер­жащие критические точки — моменты нарушения симметрии, при­водящие в конечном счете к физическому многообразию мира (рис. 1).

Таким образом, концепция целостности содержит в себе кон­цепцию развития, самодвижения, самоорганизации, выраженных через призму взаимоотношения категорий симметрии и асимметрии. Ибо важнейшим признаком развития является асимметричность тех изменений, из которых процесс развития складывается. Это выдвигает на повестку дня вопрос об историзме физических объектов, проявляю­щих свою определённость в определенные исторические моменты в ходе самодвижения целого, — в моменты спонтанного нарушения сим­метрии исходного вакуума. При этом вакуум играет роль макрообста­новки, макроусловий, по отношению к которому элементарные частицы проявляют свои свойства — спины, массы, заряды и т.д.

Рассмотрение вакуума как исходной абстракции известного нам мира позволяет реализовать при построении единой теории поля ме­тод восхождения от абстрактного к конкретному.

Фундаментальные физические идеи, лежащие в основе построек ния единой теории поля, реализующие вышеназванные трансдисцип­линарные методологические концепции, следующие:

 

Структурные единицы материи. Элементарные частицы...

а) новые представления о структуре материи — сопоставление представлений о структуре материи на разных этапах эволюции на­уки представлено на рисунке;

б) идея о калибровочной природе всех взаимодействий;

в) идея о спонтанном нарушении симметрии исходного вакуу­ма.

Структурные единицы материи. Элементарные частицы: частицы вещества, калибровочные кванты полей и скалярные хиггс-бозоны

Физика до недавнего времени изучала материю в двух ее прояв­лениях — веществе и поле. Причем частицы вещества и кванты полей подчиняются разным квантовым статистикам и ведут себя различным образом. Так, частицы вещества являются ферми-частицами (фермио-нами). ристемы тождественных ферми-частиц подчиняются статисти­ке Ферми — Дирака. Все фермионы имеют полуцелое значение неко­торой очень важной квантовой характеристики элементарной части­цы (не менее важной, чем заряд или масса), называемой спином. А для частиц с полуцелым значением спина справедлив принцип запрета Паули, согласно которому две тождественные частицы с полуцелым спином не могут находиться в одном и том же состоянии.

Все кванты полей являются бозе-частицами (бозонами) — квази-частицами с нулевым или целочисленным значением спи­на. Системы тождественных бозе-частиц подчиняются статистике Бозе — Эйнштейна. Принцип Паули для них не справедлив: в одном и том же состоянии может находиться любое число час­тиц. Так что бозе- и ферми-частицы рассматриваются как час­тицы, имеющие различную природу.

В свою очередь, частицы вещества делятся на две группы: кварки и лептоны. Кварки и лептоны входят в состав других физических объек­тов и считаются при достигнутых на сегодняшний день энергиях «бес­структурными». Кварки — самые малые, микроскопические частицы со спином 1/2 и электрическим зарядом кратным 1/3. Кварки, кроме электрического заряда, обладают цветным зарядом. Наличие у кварков Цветного заряда обусловливает способность их к сильным взаимодей­ствиям. Известно, что протон и нейтрон состоят из трех кварков, что

 

делает протон или нейтрон бесцветным. Соответственно различают три заряда сильных взаимодействий - красный (К), желтый (V) и зеле­ный (С)..Пептоны (от греческого 1ерт.оз — легкий) — бесцветные час­тицы со спином 1/2, обладающие слабым и (при наличии электричес­кого заряда) электромагнитным взаимодействием. Предполагается су­ществование шести видов (ароматов) кварков и шести лептонов. В фи­зике кварков сформулирована гипотеза конфайнмента (от англ. сопт1петеп(— пленение) кварков, согласно которой невозможно выле­тание кварка из целого. Он может существовать лишь в качестве эле­мента целого. Существование кварков как реальных частиц в физике надежно обосновано.

Квантом гравитационного поля является гравитон. Однако гра­витон пока не установлен экспериментально, равно как и не постро­ена по сей день теория квантовой гравитации. Квантом электромаг­нитного поля является фотон у. Масса покоя фотона равна 0. Фотон не несет на себе электрического заряда. Это обеспечивает линейный характер электромагнитных взаимодействий и большой радиус их дей­ствия. Квантами слабого взаимодействия являются три бозона — УУ+, V/", 2°- бозоны. Верхние индексы указывают знак электрического заряда этих квантов. Кванты слабого взаимодействия имеют значи­тельную массу, что приводит к тому, что слабое взаимодействие про­является на очень коротких расстояниях. Квантами сильного взаимо­действия являются восемь глюонов. Свое название глюоны получили от английского слова д1ие (клей), ибо именно они ответственны за конфайнмент кварков. Массы покоя глюонов равны нулю. Однако глюоны обладают цветным зарядом, благодаря чему они способны к взаимодействию друг с другом, как говорят, к самодействию, что при­водит к трудностям описания сильного взаимодействия математичес­ки ввиду его нелинейности. Если слабое вЭйимодействие ответствен­но за изменение ароматов кварков, то сильное взаимодействие, осу­ществляемое посредством обмена глюонами между кварками, приво­дит к изменению цветов кварков. Так что в ядре постоянно происхо­дят превращения протонов в нейтроны и, наоборот, за счет обмена квантами слабого взаимодействия между кварками. Кроме этого внут­ри протонов и нейтронов кварки постоянно меняют свои цвета, испус­кая и поглощая глюоны. При этом протоны и нейтроны остаются бесцветными.

Третьим качественно отличным от вышеназванных двух форм ма­терии является физический вакуум. Дело в том, что все кванты полей, рассмотренные нами ранее, являются векторными калибровочными бозонами. Калибровочными их называют по той причине, что они

 

 

.

являются квантами калибровочных полей. Векторными их называют потому, что все они имеют целочисленное значение спина, равного 1, за исключением гравитона, спин которого предполагается равным 2. физический вакуум нашей Вселенной рассматривается как коллек­тивные возбуждения хиггсовых скалярных бозонов, спин которых равен 0.

Единая калибровочная природа различных типов физических взаимодействий

 

Калибровочный принцип называют динамическим нововведением в общей теории относительности. Нововведением является тот факт, что гравитационное поле здесь не постулируется, а выводится как результат инвариантности (симметрии) лагранжиана теории относи­тельно группы локальных калибровочных преобразований. То есть требование симметрии порождает определенный конкретный вид взаи­модействия, в данном случае — гравитационного. А это уже принци­пиально новый подход в физике. Благодаря ему современная физи-. ка отошла от исторической традиции, согласно которой заранее дава­лась форма взаимодействий, установленная экспериментально и тео­ретически описанная. Форма взаимодействий более не постулируется, а выводится как результат инвариантности относительно групп опре­деленных локальных преобразований, как способ, которым в природе Должно компенсироваться локальное калибровочное преобразова­ние. И неважно, какие вады симметрии обусловливают эти взаимо­действия. В каждом случае теории, в которых работает указанный принцип, называют калибровочными. Иными словами, калибровочная инвариантность позволяет ответить на вопрос: «Почему и зачем в при­роде существуют такого рода взаимодействия?» Ибо тип взаимо­действия диктуется симметрией.

Оказывается, что все известные четыре типа взаимодействий — гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое — имеют калиб­ровочную природу и описываются калибровочными симметриями. То есть все взаимодействия как бы сделаны «из одной болванки». Это. вселяет надежду, что можно будет найти «единственный ключ ко Всем известным замкам» и описать эволюцию Вселенной из состоя-НИЯ, представленного единым суперсимметричным суперполем, из со-

 

стояния, в котором различия между типами взаимодействий, между всевозможными частицами вещества и квантами полей еще не прояв­лены.

 

Многогранность живого

Предбиологические структуры, представляющие собой гигантские органические макромолекулы, являются пределом химической эволю­ции вещества. Следующий и принципиально иной уровень сложности в организации материи по сравнению с атомарно-молекулярным уров­нем — это живая материя, живая природа. Жизнь во всех ее фор­мах является объектом биологии, поэтому, имея в виду все живое, можно говорить о биологическом уровне организации материи.

Живая природа (коротко — жизнь) — это такая форма организации материи на уровне макромира, которая резко отличается от других форм сразу многими признаками.

Прежде всего, любой живой объект является системой — со­вокупностью взаимодействующих элементов, которая обладает эмерджентными (возникающими) свойствами, отсутствующими у элементов, образующих этот объект. Для последующего анали­за живого воспользуемся определением жизни, которое дал акаде­мик М.В. Волькенштейн: «Жизнь есть ферма существования мак­роскопических гетерогенных открытых сильнонеравновесных систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению». Рассмотрим отдельные положения этой формулировки.

Микроскопичность живого означает, что любой живой организм, начиная с бактерии, или же его самостоятельно функционирующая подсистема должны содержать большое число атомов. Иначе упоря­доченность, необходимая для жизни, разрушилась бы флуктуациями.

Гетерогенность означает, что организм образован из множества различных веществ.

Открытость живой системы проявляется в непрерывном обмене веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Само­организация возможна лишь в открытых сильнонеравновесных си­стемах.

Сходство химического состава всех живых организмов. Эле­ментный состав живого определяется главным образом шестью эле­ментами: кислород, углерод, водород, азот, сера, фосфор. Кроме того,

 

жквые системы содержат совокупность сложных биополиме­ров, которые для неживых систем не характерны (белки, нуклеи­новые кислоты, ферменты и др.).

Свойство самовоспроизведения сохраняет биологические виды. Конечность живых систем создает условия их сменяемости и совер­шенствования.

Свойство всего живого — раздражимость — проявляется в виде реакции живой системы на информацию, воздействие извне.

Живая система обладает дискретностью — состоит из отдель­ных (дискретных) элементов, взаимодействующих между собой и цельностью — все ее элементы функционируют только благодаря функционированию системы в целом.

Триединство концептуальных уровней познания в современной биологии

Биологию можно определить как науку о живом, о строении жи­вой материи и процессах с ее участием, формах и развитии живого, о распространении живых организмов и их природных сообществ, вза­имосвязях живой и неживойприроды.

Одна из особенностей биологии связана с тремя концептуальными уровнями биологического знания. Сосуществуют одновременно три «образа» биологии: описательно-натуралистическая (иное назва­ние — традиционная) биология, физико-химическая биология и эволюционная биология.

Традиционная биология имеет самую долгую историю. Ее ме­тод — тщательное наблюдение и описание явлений природы, а глав­ная задача — их классифицирование. Объектом изучения традици­онной биологии была и остается живая природа в ее есте­ственном состоянии и нерасчлененной целостности.

Физико-химическая биология сформировалась благодаря экс­периментальным тенденциям, существовавшим в науке издавна (по­этому иногда это направление именуют еще и экспериментальной - биологией). В настоящее время методами экспериментальной биологии исследуется молекулярный уровень живого, а также структура и функции живых систем на всех остальных уровнях организации.

Эволюционная биология. С того времени, как в биологии было в полной мере осознано неотъемлемое и наиболее характерное свой-

ство живогоего способность развиваться и совершенствоваться, концепция эволюции получила в ней самостоятельное значение и обусловила формирование отдельного направления — эволюцион­ной биологии. Ее истоки лежат в традиционной биологии. Ч. Дар­вин создал теорию естественного отбора, будучи типичным натура­листом. Современная эволюционная биология имеет задачей последовательное развитие представлений об увеличении мно­гообразия и сложности живого, включая раскрытие деталей механизма эволюции и научное решение проблемы происхож­дения жизни.

На сегодняшний день теоретическая биология только форми­руется. Главная проблема будущей теоретической биологии — созда­ние единой теории живого.

Структурные уровни организации живых систем

Жизни, как природному явлению, присуща своя иерархия уровней организации, определенная упорядоченность, соподчиненность этих уровней. Открытие клетки как элемента живых структур и представ­ление о системности, цельности этих структур стали основой последу­ющего построения иерархии живого.

Концепция структурных уровней живого включает представле­ние об иерархической соподчиненное™ структурных уровней, систем­ности и органической целостности живых организмов.

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

Белкиорганические 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.

Характерным физическим свойством аминокислот, содержащихся в живых системах, является то, что все они способны поворачивать

 

влево плоскость поляризации светового луча. В свою очередь, это означает, что свойством живой материи является ее молекуляр­ная асимметричность, подобная асимметричности левой и правой рук. Опираясь на такую аналогию, это свойство живого назвали молекулярной хиральностью (от греч. спег — рука).

Дальнейшие 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 обладают способностью сохранять и передавать наслед­ственную информацию организмов. В 1953 г. была расшифрована структура ДНК. Оказалось, что молекула ДНК состоит из двух моно­мерных цепей, идущих в противоположных направлениях и закручен­ных одна вокруг другой наподобие пары электрических проводов. ДНК, находящиеся в клетке, разделены на участки — хромосомы. Мономеры нуклеиновых кислот несут информацию, по которой стро­ятся аминокислоты и белковые молекулы организма. Участок моле­кулы ДНК, содержащий информацию об одном из набора бел­ков организма, называют геном. Гены расположены в хромосомах. Молекулярная биология, изучающая биологические объекты и про­цессы на молекулярном уровне, — один из наиболее ярких примеров % современной тенденции к интеграции научного знания.

Клеточный уровень. Любой живой организм состоит из клеток. В простейшем случае — из единственной клетки (бактерии, амебы). Клетка является мельчайшей элементарной живой системой и 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.

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

Структурные уровни организации живых систем

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 (совокупное-^ тью 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 (молекулярной биологии, генетики, цитологии, микробиологии, анатомии и физиологии, зоологии, ботаники и т.д.)

Развитие современной концепции биохимического единства всего живого

Пока в биологии не существовало методов физико-химического исследования и сколько-нибудь ясных теоретических концепций, сущ­ность живого сводили к наличию некоей «таинственной силы», бла­годаря которой развивается и воспроизводится все живое. Такой подход к пониманию живого называют витализмом. Витализм уво­дил исследователей по ложному пути и не способствовал постиже­нию принципов функционирования живых организмов. Эти прин­ципы были раскрыты на пути детального изучения процессов обме­на веществом, энергией и информацией в живых системах разного Уровня организации, начиная от клетки и заканчивая биосферой.

Существует несколько точек зрения на саму природу образова­ния жизни на Земле.

Первая заключается в следующем: жизнь возникла на Земле из неживых (минеральных) форм.

 

 

Следовательно:

а) жизнь представляет собой направленный вектор эволюции от меживого к живому;

б) грань живого и неживого весьма резка, а сама жизнь крайне неустойчива и может в любой момент вернуться в область неживого;

в) живое из неживого — событие почти невероятное! Особенно если учесть, что на близко расположенных планетах признаки жизни не обнаружены.,

Вторая посылка: жизнь получила развитие на Земле. Это озна­чает, что:

а) жизнь является порождением Космоса, а Земля предоставила лишь необходимые условия для ее развития;

б) преджизненная основа — весьма устойчивое образование, раз она может преодолевать громадные расстояния в Космосе;

в) сущность принципа Пастера — Реди (живое только от живого);

г) жизнь — не такое уж редкое событие во Вселенной.

По гипотезе английского астрофизика Джеймса Джинса (1877— 1946) предполагается, что жизнь — это плесень, возникающая на по­верхности небесных тел. Это парадоксальное утверждение было наи­более естественным объяснением возникновения жизни.

Анализируя феномен живого вещества, можно заключить, что он препятствует вырождению материи во Вселенной, так как часть ее бесструктурного состояния переходит в структурное, понижая энтро­пию системы. Фотосинтез — прекрасная иллюстрация этому.

Переход от неживого к живому осуществился после того, как на базе предшествующих предбиологических структур возникли и раз­вились зачатки двух основополагающих жизненных систем: системы обмена веществ (метаболизма) и системы воспроизводства живой клетки.

Изучение указанных систем дало важнейший попутный результат: сформировалась фундаментальная для всего естествознания идея единства состава и механизмов функционирования жи­вой природы независимо от уровня организации составляю­щих ее структур. Эта идея, зародившаяся еще в XIX в., обрела вид законченной концепции биохимического единства живого в 1920-х Гг. благодаря трудам голландских микробиологов А. Клюйве-ра и Г. Донкера — это схожесть химического состава, свойство хи-ральности живого, универсальная роль аденозинтрифосфата (АТФ) в качестве аккумулятора и переносчика биологически запасенной энер­гии; универсальность генетического кода и др.

 

Эволюционность живого

Для живой природы постоянное развитие — характерная черта, которая, впрочем, долго не замечалась человеком. Становление эволюционной парадигмы в биологии началось в конце XVIII в. Вы­дающийся вклад в формирование эволюционного мышления биоло­гов принадлежит Ж.Б. Ламарку. Проблемы, поставленные Ламарком, были решены Ч. Дарвином. В своем знаменитом труде «Происхожде­ние видов путем естественного отбора» (1859 г.) он изложил разра­ботанную им эволюционную теорию.

Эволюционность живой природы подтверждается биологией и родственными ей науками. Главными свидетельствами являются дан­ные палеонтологии, систематики, информация о распространенности видов на Земле сейчас и в ранние периоды, морфологическое и био­химическое сходство живых организмов, данные эмбриологии и мно­гие другие. Кратко рассмотрим некоторые из них.



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-08; просмотров: 334; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.203.242.200 (0.071 с.)