В. А. Соломатин
Система гуманитарного и социально-экономического знания

• Изменчивость свойственна организмам любого уровня, является общебиологическим свойством. Причину изменчивости Дарвин видел во влиянии окружающей среды. Он различал определенную и неопределенную виды изменчивости. Определенная изменчивость проявляется однотипно у особей, подвергшихся какому-либо определенному воздействию (модификационная изменчивость, происходящая в пределах нормы реакции). Неопределенная изменчивость (с современной точки зрения – это мутация) проявляется лишь у отдельных особей и происходит в различных направлениях. Эволюция связана именно с неопределенной изменчивостью.

• Изменчивость невозможна без наследственности. Если изменчивость обеспечивает разнообразие организмов, то наследственность – передачу изменений потомкам.

• Выделение в эволюционном процессе борьбы за существование в природе. Дарвин обратил внимание, что в природе рождается намного больше особей, чем может выжить. Все виды организмов имеют тенденцию к размножению в геометрической прогрессии, но выживает и достигает зрелости лишь небольшая часть потомства, поскольку развертывается борьба за выживание. «Борьба за существование» – метафорическое выражение, характеризующее различные отношения между организмами, начиная от сотрудничества внутри вида против неблагоприятных условий окружающей среды и кончая конкуренцией между организмами в добывании пищи, лидерстве и т. д. (внутривидовая и межвидовая борьба).

• В природе существует особый механизм отбора, который приводит к избирательному уничтожению организмов, оказавшихся неприспособленными к существующим или изменившимся условиям окружающей среды. Отсюда, выживание наиболее сильных и гибель наиболее слабых.

Самым уязвивым местом теории Дарвина были представления о наследственности. «В результате скрещивания особей с полезными признаками с другими особями, которые ими не обладают, они передадут эти признаки потомству в ослабленном виде. В конце концов в течение ряда поколений случайно возникшие полезные изменения должны постепенно ослабнуть, а затем и вовсе исчезнуть»^[92]. Принцип естественного отбора был обоснован недостаточно убедительно, прежде всего относительно передачи наследственных признаков.

Современная теория эволюции отличается от дарвиновской по ряду положений:

• выделена элементарная структура, с которой начинается эволюция – популяция (а не отдельная особь или вид, как было у Дарвина);

• устойчивое изменение генотипа популяции – элементарное явление эволюции;

• Дарвин выделял изменчивость, наследственность и борьбу за существование как факторы эволюции. Современная концепция добавляет к этим факторам и другие, которые оказывают действенное влияние на эволюционный процесс. Среди ведущих факторов эволюции в настоящее время выделяют мутационные процессы, популяционные волны численности и изоляцию.

Те затруднения, с которыми столкнулся Дарвин при объяснении наследственной передачи полезных признаков, были преодолены на основе законов наследственности, открытых Г. Менделем. Было выяснено, что отдельные наследственные признаки родителей при скрещивании не сливаются, а передаются потомству в первоначальном виде.

Основную массу эволюционного материала составляют различные формы мутаций, т. е. изменений, обусловленных реорганизацией воспроизводящих структур, их генетического аппарата. Этим мутации резко отличаются от модификаций, не затрагивающих генотипа особи. Мутации возникают внезапно. По характеру изменений генетического аппарата различают мутации, обусловленные:

• изменением числа хромосом (геномные);

• изменением структуры хромосом (хромосомные аберрации);

• изменением молекулярной структуры гена (генные, или толчковые, мутации).

В своей совокупности мутации представляют то, что Дарвин называл индивидуальной или неопределенной изменчивостью. Однако случайные изменения, оказавшиеся полезными в определенных условиях окружающей среды, отбираются в естественной природе или искусственно человеком для дальнейшей эволюции.

Вторым фактором эволюции являются популяционные волны («волны жизни»). Они определяют количественные флуктуации, или отклонения, от среднего значения численности организмов в популяции, а также области ее расположения (ареала). Установлено, что ни одна популяция не существует непрерывно на одном уровне численности. Эти колебания С. Четвериков назвал «волнами жизни». Резко уменьшившаяся по численности популяция затем восстанавливается и достигает прежнего уровня за счет случайно выживших особей. Случайное повышение концентрации некоторых мутаций дает новый материал для отбора. Таким образом, популяционные волны, наряду с мутационным процессом являются поставщиками элементарного эволюционного материала.

Третий эволюционный фактор – изоляция. Благодаря изоляции, из одной исходной популяции или их групп могут сформироваться две или более генетически отличающиеся группы организмов, а в дальнейшем – новые подвиды и, наконец, виды. Изоляция сама по себе не создает новых форм. Для их создания необходимы генетическая неоднородность и отбор, но изоляция способствует дивергенции. Различают следующие формы изоляции: географическую, экологическую и генетическую.

И, наконец, главнейший эволюционный фактор – естественный отбор. Генетическая гетерогенность популяции, насыщенность мутациями обеспечивают их пластичность, лучшую приспособленность к изменяющимся условиям, что имеет большое значение для жизни вида. При изменении условий существования в популяции наличествует резерв наследственной изменчивости, из которой ряд признаков могут оказаться приспособительными и будут поддержаны отбором. При этом различают три формы естественного отбора: движущий (когда при изменении условий среды начинает создаваться новая форма, а прежняя подвергается уничтожению); стабилизирующий (направленный на закрепление той узкой нормы реакции, которая оказалась наиболее благоприятной при данных условиях существования); дизруптивный (приводящий к распаду прежней формы и отбору не одной, а двух или более различных норм реакции).

Для понимания эволюционных процессов большую роль играют концепции возникновения жизни. Таких концепций известно несколько:

• креационизм – божественное сотворение живого;

• концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества;

• концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда;

• концепция панспермии – внеземного происхождения жизни;

• концепция происхождения жизни на Земле в историческом прошлом в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам^[93].

К началу XX века в науке получили широкое распространение последние две концепции. Концепция эволюционного происхождения жизни на Земле формулируется в двух вариантах: происхождение жизни – результат случайного образования единичной «живой молекулы», в строении которой был заложен весь план дальнейшего развития живого (Ж. Моно); жизнь – результат закономерной эволюции материи. Этой проблемой занимались многие отечественные (В. Комаров, В. Омелянский, Л. Берг, Н. Холодный и др.) и зарубежные (Дж. С. Холдейн, Д. Бернал и др.) исследователи. Широкую известность получила концепция А. Опарина, которая предстала как итог обобщения доказательств возникновения жизни на Земле в результате закономерного процесса перехода химической формы движения материи в биологическую:

• образование из неорганических веществ, в отсутствии живых организмов, т. е. абиогенно, простейших органических соединений (углеводородов) и их накопление;

• дальнейшие превращения органических веществ и образование абиогенным путем более сложных и разнообразных органических соединений;

• выделение в первичном «питательном бульоне» особых коацерватных капель – предбиологических систем, представляющих собой группы полимерных соединений;

• возникновение упорядоченности, определенной последовательности реакций; образование мембраны, появление линейных нитчатых структур, способных к самовоспроизведению, репликации, изменчивости.

Современные гипотезы происхождения жизни исходят из представления об образовании в определенных условиях сложно организованных органических молекул-коагулянтов, гелей и коацерватов. У этих коллоидных образований на поверхности могут происходить процессы, напоминающие метаболизм живых организмов (гипотеза Опарина – Холдейна). Сопоставление вероятности определенного сочетания 6000 нуклеотидов и времени, необходимого для этого, с временем существования Вселенной, указывало на важность поиска более быстрых, скачкообразных механизмов образования нужных структур. Открытие генетического кода в середине 50-х годов стимулировало интенсивные биохимические исследования. М. Эйген для объяснения ускорения эволюционного процесса выдвинул идею конкуренции гиперциклов химических реакций, которые ведут к образованию белковых молекул.

Изучение процессов кристаллизации некоторых глин и сопоставление их с появлением усложняющихся структур в РНК-полимерах привело А. Кернса-Смита к гипотезе зарождения жизни в кристаллах глины.

Комплекс представлений о микро- и макроэволюции, сложившийся к середине XX века, стали называть синтетической теорией эволюции. Эта теория представляет собой синтез основных эволюционных идей Дарвина с новыми результатами биологических исследований в области наследственности и изменчивости. Основу ее составляют:

• принятие за единицу эволюции популяцию;

• обозначение объектов микро- и макроэволюции; микроэволюция – «совокупность эволюционных изменений, происходящих в генофондах популяций за сравнительно небольшой период времени и приводящих к образованию новых видов. В отличие от этого макроэволюция связана с эволюционными преобразованиями за длительный исторический период времени, которые приводят к возникновению надвидовых форм организации живого»^[94];

• эволюция не всегда идет от простого к сложному.

Большое значение в развитии синтетической теории эволюции имеют исследования в области генетики. Генетика изучает закономерности наследственности и изменчивости. Наследственность – свойство организмов повторять в ряде поколений сходные признаки и обеспечивать специфический характер индивидуального развития в определенных условиях среды. Изменчивость заключается в изменении наследственных задатков, а также в вариабельности их проявлений в процессе развития организмов при взаимодействии с внешней средой. Новые свойства организмов появляются только благодаря изменчивости, но она лишь тогда может играть роль в эволюции, когда появившиеся изменения сохраняются в последующих поколениях, т. е. наследуются. В гаметах (половых клетках), спорах, вегетативных клетках (при разных видах размножения) заложена генетическая информация. Элементарными единицами наследственности служат гены, представляющие собой отрезки молекулы ДНК. Каждый ген определяет последовательность аминокислот в одном из белков. Совокупность всех наследственных факторов организма (генов) в диплоидном наборе хромосом ядра получила название генотипа; совокупность всех свойств и признаков организма называется фенотипом.

В основу генетики легли закономерности наследственности, открытые Г. Менделем. Среди основных направлений исследований ученых-генетиков XX века выделяются следующие^[95]:

• изучение молекул нуклеиновых кислот, которые являются хранителями генетической информации, единицами наследственности;

• раскрытие механизмов и закономерностей передачи генетической информации от поколения к поколению;

• изучение механизмов реализации генетической информации в конкретные признаки и свойства организма;

• выяснение причин и механизмов изменения генетической информации на разных этапах развития организма.

Генетика решает эти задачи на молекулярном, клеточном, организменном и популяционном уровнях.

Тема 9
Концепция биосферы

Первые представления о биосфере и ее роли в истории Земли дал в своей работе «Гидрология» Ж.-Б. Ламарк, хотя само понятие «биосфера» им не употреблялось. Развивая эти идеи, А. Гумбольдт ввел понятие «жизненная среда», под которой мыслил атмосферные, морские и континентальные явления и процессы, а также весь органический мир. Ф. Ратцель назвал поверхность нашей планеты «пространством жизни», а Э. Зюсс – биосферой. Однако целостное учение о биосфере (греч. bios – жизнь, sphaira – шар, оболочка) было создано В. Вернадским.

Биосфера – это часть оболочек земного шара (атмосферы, гидросферы, литосферы), которая заселена живыми существами. Вернадский определил биосферу как термодинамическую оболочку с температурой от + 50° до – 50 °C и давлением около 1 атм. Эти условия определяют границы жизни для большинства организмов. Биосфера ограничивается воздействием излучения. Ее верхняя граница свыше 22 км над уровнем моря. В океанах нижняя граница жизни простирается до глубин свыше 10 км. В твердую земную оболочку (литосферу) организмы проникают до глубины 4–5 км. Все живые организмы в совокупности образуют биомассу планеты (0,01 % массы земной коры).

Роль живых организмов в процессах, имеющих место в биосфере, огромна. Их деятельность обусловливает химический состав атмосферы, концентрацию солей в гидросфере, образование и разрушение горных пород в литосфере, формирование почвенного покрова и т. д.

Так, сухой воздух приземного слоя атмосферы состоит из азота (78,084 об.%), кислорода (20,946 об.%), аргона (0,934 об.%), углекислого газа (0,033 об.%), т. е. из четырех основных газов, составляющих атмосферу. При этом только аргон не связан с жизнедеятельностью организмов, поступление же и расход кислорода, азота и углекислого газа регулируется организмами. В верхних слоях тропосферы из кислорода образуется озон, молекулы которого поглощают ультрафиолетовые лучи. Благодаря озонному экрану возможно существование жизни на Земле.

Химический состав природных вод формируется под воздействием организмов, которые способствуют разрушению горных пород и вымыванию из них ряда веществ. Затем эти вещества речным стоком поступают в мировой океан.

Органогенное происхождение имеют известняки (образующиеся в морях из скелетов организмов), диатомит, угли, горючие сланцы, нефть.

Организмы способствуют и образованию почв. Исходным материалом для почвообразования выступают поверхностные слои горных пород. Из них под воздействием микроорганизмов, растений и животных формируется почвенный покров. Организмы концентрируют в своем составе биогенные элементы. После отмирания организмов эти элементы переходят в состав почвы. В почве находится огромное количество микроорганизмов.

Итак, большая роль живых организмов в биосфере связана с их способностью:

• аккумулировать и трансформировать солнечную энергию;

• размножаться и тем самым обеспечивать непрерывность своей деятельности;

• совершать с огромной скоростью химические реакции.

Учение о биосфере Вернадского исходит из ряда принципов. Это —

• принцип целостности биосферы, определяемый условиями существования жизни: гравитационной постоянной, константой сильного взаимодействия, постоянной электромагнитного взаимодействия. К этому добавляется еще антропный принцип;

• принцип гармонии биосферы и ее организованности;

• роль живого в эволюции Земли;

• космическая роль биосферы в трансформации энергии;

• живое вещество растекается по земной поверхности в соответствии с правилом инерции, а скорость передачи жизни зависит от плотности живого вещества;

• живое вещество на планете рассеяно неравномерно.

Однородные участки территории (акватории), заселенные живыми организмами, называются биотопами, а исторически сложившееся сообщество организмов, населяющих биотоп, получило название биоценоза. Биоценоз вместе с окружающей его неживой природой – элементарная структура активной части биосферы; функция биогеоценоза – круговорот материи на занимаемой им территории.

Зеленые растения, используя солнечную энергию и потребляя необходимые питательные вещества, создают биомассу, в процессе фотосинтеза и дыхания поддерживают баланс кислорода и углекислого газа в воздухе, а благодаря транспирации участвуют в круговороте воды. За счет биомассы, синтезированной автотрофными организмами, существуют гетеротрофы – потребители. Отмершие организмы и их части служат пищей животным-сапрофитам и микроорганизмам (грибы, бактерии), минерализирующим их. С их деятельностью связана биогенная миграция азота, фосфора, калия, кальция и других элементов, попадающих в почву и используемых из нее растениями.

Между всеми компонентами биоценоза устанавливается динамическое равновесие – экологический гомеостаз. Возрастание численности какого-либо вида организмов приводит к массовому появлению его потребителей.

Развитие биосферы выступает как чередование этапов эволюции, когда скачкообразные переходы приводят к новому качественному ее состоянию. Перечислим важнейшие вехи в истории биосферы:

• появление простейших клеток – прокариотов;

• появление более организованных клеток – эукариотов;

• объединение клеток-эукариотов с образованием многоклеточных организмов (функциональная дифференциация клеток в организмах);

• появление организмов с твердыми скелетами, открывшее путь к образованию высших животных;

• возникновение у высших животных развитой нервной системы и формирование мозга;

• формирование разума как высшей формы деятельности мозга;

• образование социальной общности людей – носителей разума.

С появлением человека биосфера приобрела новое качество на Земле. Вернадский пришел к заключению, что человечество образует в совокупности новую оболочку Земли – ноосферу, т. е. сферу разумной жизни.

Завершая обзор концепций естествознания, выделим общие закономерности развития природы, сформулированные в них:

• наличие эволюционных процессов (от кварков до Вселенной);

• самоорганизация (от неживых систем до биосферы);

• системность связи неживой и живой природы;

• имманентность природных систем пространству и времени.

Научные достижения XX века позволяют нарисовать следующую современную естественнонаучную картину мира^[96].

Литература

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М., 1997.

2. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учебник. – Новосибирск, 1997.

3. Дягилев Ф.М. Концепции современного естествознания. – М., 1998.

4. Карпенко М. Разумная Вселенная. – М., 1992.

5. Карпенков С.Х. Основные концепции естествознания. – М., 1998.

6. Концепции современного естествознания: Учебник / В.Н. Лавриненко, В.П. Ратников, В.Ф. Голубь и др. – М., 1997.

7. Кузнецов В.И, Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. – М., 1996.

8. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. – М., 1986.

9. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Учебник. – М., 1997.

10. Соломатин В.А. История и концепции современного естествознания. – М., 2000.

11. Слюсарев А.А. Биология с общей генетикой. – М., 1978.

12. Философия естествознания /Под ред. Л.Б.Баженова, К.Е Морозова, М.С. Слуцкого. – М., 1966.

13. Хакен Г. Синергетика. – М., 1980.

14. Хмелевская С.А. Система форм постижения бытия. – М., 1998.

15. Шкловский И.С. Проблемы современной астрофизики. – М., 1982.

Вопросы для самоконтроля

1. Характерные черты науки. Современная классификация наук.

2. Предмет естествознания. Роль естествознания в культуре общества.

3. Методология естествознания.

4. Тенденции развития естествознания. Эволюция естественнонаучной картины мира.

5. Вещество, поле и физический вакуум как виды материи.

6. Структурные уровни организации материи.

7. Мегамир: современные астрофизические и космологические концепции.

8. Макромир: концепции классического естествознания.

9. Микромир: концепции квантовой физики.

10. Пространство и время в современной научной картине мира.

11. Принципы симметрии физических законов.

12. Закон сохранения энергии, особенности тепловой энергии. Основные начала термодинамики.

13. Концепция детерминизма, динамические и статистические законы.

14. Корпускулярно-волновой дуализм в современной физике.

15. Фундаментальные взаимодействия.

16. Принципы неопределенности и дополнительности.

17. Теории хаоса и порядка.

18. Принципы универсального эволюционизма.

19. Химическая наука об особенностях взаимодействия атомно-молекулярного уровня организации материи.

20. Химические связи и химические реакции.

21. Периодический закон Д.И. Менделеева.

22. Биологический уровень организации материи.

23. Сущность живого, его основные признаки.

24. Концепции происхождения жизни.

25. Эволюционная теория Ч. Дарвина и ее развитие.

26. Генетика и законы наследственности.

27. Учение о биосфере.

28. Закономерности эволюции биосферы.

29. Синергетика – современная научная парадигма.

30. Особенности современной научной картины мира.