Основы биологической картины мирасновы биологической картины мира

 

Одной из основных задач современного естествознания является познание сущности жизни. Дать научное определение жизни, указать на принципиальное отличие живого от неживого -— довольно сложная проблема. Ее решение требует верного ответа на вопрос, в чем именно заключается специфика биологической формы существования материи. Современная биология утверждает единство живой материи, представляя мир живого как огромную систему, где каждый компонент обладает собственными специфическими свойствами и соединяется с другими особым типом связей. Развитие биологических знаний приводит к постепенной трансформации представлений о сущности жизни, единстве космической и биологической эволюции, взаимодействии биологического и социального в человеке. Новые биологические данные изменяют ту картину мира, которая на протяжении длительного времени формировалась физикой. Открытия в биологии сегодня все больше определяют развитие всего естествознания. Именно поэтому современная научная картина мира невозможна без биологических знаний. Более того, биология становится тем фундаментом, на котором строятся новые мировоззренческие принципы, определяющие самосознание человека.

Структура биологического знания

 

Современная наука биология определяется как совокупность наук о живой природе, многообразии существовавших и существующих живых организмов, их строении и функциях, происхождении, распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой. В соответствии с этим биология изучает как общие, так и частные закономерности живого во всех его проявлениях (обмен веществ, воспроизводство, наследственность, изменчивость, приспособляемость и др.).

Биология прошла длительный и трудный путь, включающий в себя три наиболее крупных этапа, принципиально различающихся между собой своей главной идеей: период систематики, эволю­ционный период и период биологии микромира. Обстоятельное знакомство с биологической картиной мира требует начинать ее изучение со знакомства с этими основными периодами становления биологического знания. Отмеченные периоды не имеют четких временных границ, так же как и резких переходов.

Период систематики

Как и всякая естественная наука, биология в начале своего становления развивалась как описательная (феноменологическая) наука. Главной ее задачей было изучение природы в ее естественном состоянии. Для этого наблюдались, описывались и систематизировались явления живой природы. Именно в этот период сложился натуралистический подход к изучению жизни. Началом научного подхода послужила постоянно растущая совокупность практических знаний, получаемых человеком в процессе его взаимодействия с окружающим природным миром. Накапливающиеся знания необходимо было систематизировать и одновременно систематизировать и объекты, составлявшие предмет практических интересов человека. Идея систематики зародилась в античности, и первым систематизатором науки был Аристотель, который собрал накопившийся до его времени фактический материал и сделал первую попытку классификации животных и растений, основанную на понятии целесообразности.

Систематизации биологических знаний древнегреческий мыслитель посвятил ряд сочинений: «История животных», «О частях животных», «О возникновении животных». Аристотель разделил царство животных на две группы: имеющие кровь и лишенные крови. Среди имеющих кровь он выделял: четвероногих живородящих, птиц, четвероногих и безногих яйцеродящих, безногих живородящих и рыб. Соответственно, лишенные крови делились на: мягких (головоногих), мягкокожих, многоногих (раки), многоногих членистых и раковинных безногих (моллюски и морские ежи). Кроме того, Аристотель выделил ряд групп, переходных между этими двумя. Человеку Аристотель отвел место на вершине животных, имеющих кровь (антропоцентризм). Благодаря его сочинениям хаотичные знания о живом приобрели относительно упорядоченный характер, и это обстоятельство дает основание считать, что становление биологии как науки началось в те далекие времена.

Свое дальнейшее развитие систематизация биологических знаний получила в XVIII в. в трудах шведского ученого Карла Линнея, предложившего в своем сочинении «Система природы» стройную иерархию всех животных и растений. В основе систе­матики Линнея лежит вид, близкие виды объединяются в роды, сходные роды в отряды, а отряды -— в классы. Именно Линней ввел точную терминологию для описания растений и животных, а также бинарную (двойную) номенклатуру: обозначение каждого вида двумя терминами -— названием рода и вида по латыни. Кроме того, Линней точно определил соотношение между различными систематическими группами -— классами, отрядами, родами, видами и подвидами, четко выделив названные таксоны и показав их иерархическую соподчиненность.

Эволюционный период

 

В основе систематики живого у Аристотеля лежит принцип развития живых организмов от простого к сложному с человеком на вершине пирамиды животного мира. Этот принцип систематики сохранялся в науке два тысячелетия и продолжает сегодня жить в виде идеи эволюции. Однако при всех плюсах системного подхода биология все же нуждалась еще и в понимании механизмов, явлений и процессов, происходящих на разных уровнях жизни и живых организмов. Поэтому от традиционной описательной биологии ученые перешли к изучению анатомии и физиологии растений и животных, процессов жизнедеятельности организмов в целом и их отдельных органов, а затем -— все дальше вглубь живой природы, к изучению жизни на клеточном и молекулярно-генетическом уровнях. Таким образом, интерес ученых обратился к проблеме развития живой природы, а для биологии это означало переход на новый этап развития, получивший название эволюционного.

Французский биолог Ж.Б. Ламарк разработал первую эволюционную теорию, изложив ее в своей книге «Философия зоологии» (1809 г.). Ламарк первым заговорил об изменении организмов под влиянием окружающей среды и передаче приобретенных признаков потомкам. Однако Ламарк в своей теории опирался на ряд неверных исходных положений, из-за этого ему не удалось решить вопрос о соотношении внутренних и внешних факторов эволюции.

Значительный вклад в развитие биологии на данном этапе внесла теория катастроф французского ученого Ж. Кювье. Он считал, что природные силы, действующие теперь и господствовавшие в прошлом, качественно отличаются друг от друга. Поэтому в прошлом периодически могли происходить глобальные природные катаклизмы, прерывающие спокойное течение геологических и биологических процессов на Земле, и в результате почти полностью менялся не только облик Земли, но и ее органический мир. Причины этих катастроф наука установить не в силах, но можно сделать вывод, что именно катастрофы привели к появлению все более сложных органических форм.

Своего высшего развития в данный период биология достигла в теории эволюции Ч. Дарвина, изложенной им в книге «Происхождение видов путем естественного отбора». Эволюционная теория Дарвина построена на трех постулатах: изменчивости, наследственности и естественном отборе. Изменчивость -— это способность организмов приобретать новые свойства и признаки и изменять их по разным причинам. Именно изменчивость стала первым и главным звеном эволюции. Наследственность — это способность живых организмов передавать свои свойства и признаки последующим поколениям. Естественный отбор является результатом борьбы за существование и означает выживание и успешное размножение наиболее приспособленных организмов. Под действием естественного отбора группы особей одного вида из поколения в поколение накапливают различные приспособительные признаки и в результате приобретают настолько существенные отличия, что превращаются в новые виды.

Период микромира

 

Благодаря теории эволюции, достижениям генетики и ряду других естественных наук, развитие биологии перешло на новый качественный уровень, который называется периодом микромира. Свое название он получил потому, что современная биология является экспериментальной наукой на уровне микромира и занимается преимущественно изучением процессов, происходящих на молекулярном уровне.

Современный этап развития биологического знания характеризуется тесной связью не только с другими дисциплинами естествознания, но и с гуманитарным и социальным знанием. Успехи биофизики и биохимии, молекулярной биологии и генетики позволяют говорить о прорыве наших знаний в сущность живого. Однако, все ближе подходя к разгадке тайны жизни, человечество сталкивается с множеством мировоззренческих проблем, решение которых необходимо для его самосохранения и выживания. В связи с этим биология оказывается тесно связанной с практическими нуждами людей.

Несмотря на то, что современная биология смогла осуществить анализ и классификацию огромного числа животных и растительных организмов, она тем не менее не сумела описать весь природный мир. До сих пор описано только две трети существующих видов, т. е. 1,2 млн животных, 5000 тыс растений, сотни тысяч грибов, около 3 тыс. бактерий. Однако в современной биологии произошли существенные методологические изменения. В XX в. биологическое знание приобрело объяснительный характер. Современная биология использует генетический и системно-структурный подходы. В рамках первого рассматриваются вопросы происхождения и эволюции живой материи, причины, механизмы и особенности биогенеза. В рамках второго изучаются различные уровни организации живого вещества, принципы их функционирования, особенности их взаимосвязи.

Таким образом, современная биология представляет собой динамичное, меняющееся на глазах, знание. Лавинообразное накопление новых экспериментальных данных подчас опережает возможности его теоретической интерпретации и объяснения. В биоло­гии стремительно растет число междисциплинарных исследований на стыке с другими естественными науками. В структуре биологического знания сегодня насчитывается более 50 частных наук, например ботаника, зоология, генетика, молекулярная биология, анатомия, морфология, цитология, биофизика, биохимия, палеонтология, эмбриология, экология и др. Такое многообразие научных дисциплин объясняется главным образом сложностью основного объекта биологических исследований -— живой материи.

Структуру биологии как науки можно рассматривать с нескольких точек зрения: по объектам, по свойствам, по уровням организации живого, можно выделять в ней основные этапы и биологические парадигмы. По объектам исследования биологию подразделяют на вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию, антропологию. По свойствам, проявлениям живого существует следующая классификация: эмбриология -— наука, изучающая зародышевое (эмбриональное) развитие организмов; физиология -— наука о функционировании организмов; морфология -— наука о строении живых организмов; молекулярная биология -— наука об образе жизни сообществ растительного и животного мира, их взаимосвязях с окружающей средой; генетика -— наука о наследственности и изменчивости. По уровню организации живых организмов выделяют: анатомию -— науку о макроскопическом строении животных и человека; гистологию -— науку о строении тканей; цитологию -— науку о строении живых клеток.

Уровни организации жизни

 

Жизнь характеризуется диалектическим единством противоположностей: она одновременно целостна и дискретна. Органический мир представляет собой единое целое, так как составляет систему взаимосвязанных частей (существование одних организмов зависит от других), и в то же время дискретен. Он состоит из отдельных единиц -— организмов, или особей. Каждый живой организм дискретен, так как состоит из отдельных органов, тканей, клеток, но вместе с тем каждый из органов, обладая определенной автономностью, действует как часть целого. Каждая клетка состоит из органоидов, но функционирует как единое целое. Наследственная информация передается генами, но ни один из генов вне всей совокупности не определяет развитие признака.

С дискретностью жизни связаны различные уровни организации органического мира, которые можно определить как дискретные состояния биологических систем, характеризуемых соподчиненностъю, взаимосвязанностью, специфическими закономерностями. При этом каждый новый уровень отличается особыми свойствами и закономерностями прежнего, низшего уровня, поскольку каждый организм, с одной стороны, состоит из подчиненных ему элементов, а с другой -— сам является элементом, входящим в состав какой-то макробиологической системы. На всех уровнях жизни проявляются такие ее атрибуты, как дискретность и целостность, структурная организация, обмен веществом, энергией и информацией. Существование жизни на всех уровнях подготавливается и определяется структурой низшего уровня. Например, характер клеточного уровня организации определяется молекулярным и субклеточным уровнями, организменный — клеточным, тканевым.

Структурные уровни организации жизни чрезвычайно многообразны, но основными являются молекулярный, клеточный, онтогенетический, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный.

Молекулярный уровень

 

Молекулярный уровень - это уровень функционирования биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов) и других важных органических соединений, являющихся началом основных процессов жизнедеятельности. На молекулярном
уровне обнаруживается удивительное однообразие дискретных единиц жизни. Жизненный субстрат для всех животных, растений, вирусов составляет всего 20 одних и тех же аминокислот и 4 одинаковых азотистых основания, входящих в состав молекул нуклеиновых кислот. На этом уровне элементарными структурными единицами являются гены. Наследственная информация у всех живых организмов заложена в молекулах ДНК. Наследственная информация хранится и передается при участии молекул РНК. В связи с тем что с молекулярными структурами связано хранение, изменение и реализация наследственной информации, этот уровень иногда называют молекулярно-генетическим.

Клеточный уровень

 

Данный уровень базируется на основной структурной и функциональной единице всех живых организмов -— клетке. На клеточном уровне также отмечается однотипность всех живых организмов. У всех организмов только на клеточном уровне возможны биосинтез и реализация наследственной информации. Клеточный уровень у одноклеточных организмов совпадает с организменным. В истории жизни на нашей планете был такой период (3,5 млрд лет назад), когда все организмы находились на этом уровне организации.

Онтогенетический уровень

 

Этот уровень возник в результате формирования живых организмов. Основной единицей жизни этого уровня выступает отдельная особь, а элементарным явлением — онтогенез. Биологическая особь может быть как одноклеточным, так и многоклеточным организмом, однако в любом случае она представляет собой целостную, самовоспроизводящуюся систему. Онтогенез -— процесс индивидуального развития организма от рождения через последовательные морфологические, физиологические и биохимические изменения до смерти, процесс реализации наследственной информации. Минимальной живой системой, кирпичиком жизни является клетка, изучением которой занимается цитология. Изучением функционирования и развития многоклеточных живых организмов занимается физиология. В настоящее время не создана единая теория онтогенеза, поскольку не установлены все причины и факторы, определяющие индивидуальное развитие организма.