Дипломная работа: История системного подхода в науке и технике

Редукцию химических концепций и в целом химического уровня организации к физическому можно считать практически состоявшейся, как можно видеть, в частности, на примере валентности, периодического закона Менделеева (см. выше) и многих других концепций и категорий. Редукция биологического уровня к химическому, видимо, представляет собой гораздо более трудную задачу, нежели редукция химического уровня к физическому. Многие применяемые в биологии понятия не имеют аналогии на низших уровнях организации. Таковы понятия органа, стимула, пола, инстинкта и др. Тем не менее во все возрастающей степени в биологии используется концептуальный аппарат физики и химии, а потому концепции современной биологии необходимо рассматривать как в их специфике, так и в контексте физических и химических данных и категорий.

Многообразие имеющихся на Земле живых систем поразительноЧасти организмов (клетки, ткани, органы), далее сами организмы, популяции, нередко рассматриваются в виде особых, всевозрастающих в отношении сложности объектов - уровней организации. “Лестница" этих уровней представляет собой часть более общей шкалы повышения организации в природе, начиная от атомов и молекул и кончая человеком, человеческим обществом и ноосферой (см. ниже).

В плане построения четкой картины многоуровневости живой природы в настоящее время наиболее адекватным представляется выделение следующих уровней: (1) молекулярного, составляющего предмет молекулярной биологии; (2) субклеточного - органелл и других внутриклеточных структур; (3) клеточного; (4) тканевого; (5) органного; (6) организменного; (7) популяционного - как сказано, ключевого с точки зрения СТЭ; (8) видового (сюда же примыкают уровни более высоких систематических единиц: рода, семейства, класса и т.д.); (9) биогеоценотического и (10) биосферного. Два последних уровня включают в себя не только организмы, но и участки земной поверхности и вообще местообитания организмов и будут рассмотрены ниже.

Отличительные особенности живых существ заключаются, во-первых, в их составе, во-вторых, в строении и функциях. По составу они относятся к тому региону материального бытия, в основе которого лежат органические соединения. Какие именно, есть разные мнения. Раньше считали, что в основе жизни лежат белки; однако сейчас представляется более вероятным (как мы увидим ниже, при изучении генетических концепций), что еще важнее нуклеиновые кислоты - биополимеры построенные из нуклеотидов (азотистых оснований - пуриновых и пиримидиновых), углеводов и остатка фосфорной кислоты и лежащие в основе процессов хранения и передачи негенетической информации, т.е. информации, передающейся от одного поколения организмов к другому. Белки важны в осуществлении самых разнообразных функций в течение онтогенеза. Но при передаче признаков по наследству, а значит, и при филогенезе их роль сравнительно с нуклеиновыми кислотами пассивна, она лишь реализует программу, заложенную в последних. Теоретически возможны, например, на других планетах, и формы жизни, основанные на каких-либо других соединениях, например, не углеродных, а кремниевых. Сейчас для описания феномена жизни в наиболее общем виде берут за основу чаще всего не состав, а функции и структуру живых объектов как систем.

Под этим углом зрения первостепенными для определения некоторой системы как живого организма являются ее целостность; далее, уже упомянутый факт онтогенеза (согласно теории эволюции, также и филогенеза - исторического, т.е. в геологическом времени, формирование видов, родов, классов и других систематических групп организмов); обмен веществ и энергии с окружающей средой; способность целесообразно реагировать на ее изменения; сложность (высокоупорядоченность) строения; размножение. Взятые порознь, все эти аспекты специфики живого не являются абсолютными. Так, в определенной мере целостность характерна уже для кристаллов; в процессе кристаллизации в растворах, когда около “зародышевых” центров в течение определенного времени образуются “взрослые" кристаллы, с основанием можно видеть нечто подобное онтогенезу, т.е. индивидуальному развитию. Видимо, этот процесс в каких-то формах, возможно, напоминающих современные вирусы, также и исторически предшествовал появлению типичной жизни. Обмен веществ и энергии (иногда в том же смысле, т.е. как осуществляющих этот обмен, говорят о живых системах как открытых) тоже не столь уникальный случай: открытых систем и вне жизни много (например, газовые оболочки гигантских планет, где нет жизни, но идут потоки вещества и энергии к поверхности планеты и в космос). Вообще неорганические (“косные”) системы весьма нередко обмениваются (хотя бы в элементарной форме) веществом и энергией со своей средой и реагируют на ее изменения, и если это реагирование трудно определить как “целесообразное”, то по крайней мере есть системы, определенным образом “направленные" на поддержание своего равновесия: например, смесь уксусной кислоты с ее же натриевой солью или вообще буферные растворы, сохраняющие в известных рамках при добавлении воды, кислот или оснований на одном и том же уровне свою важнейшую характеристику - кислотность.

В то же время говорить о целесообразности реагирования организмов можно далеко не всегда: сталкиваясь с непривычными стимулами, они вполне могут поступать себе во вред. Вспомним о мотыльках, летящих на огонь, или о “самоубийствах” китов, выбрасывающихся на берег. Как раз устойчивость (к внешним воздействиям) параметров внутренней седы организма, реализуемая на основе системы обратных связей - гомеостаз - является более отчетливой характеристикой живых систем. Примером гомеостаза может служить выравнивание артериального давления после того, как изменение давления воспринимается барорецепторами сосудов, те передают сигнал в мозговые центры, откуда другой сигнал направляется к гладкой мускулатуре сосудов и снижает ее тонус, а это в свою очередь сигнализируется в мозг, который прекращает посылать расслабляющие импульсы. Не только организмам, но и другим живым системам свойствен гомеостаз: генетический гомеостаз представляет собой условие существования популяций, он заключается в поддержании (при возникающем равновесии внешнем воздействии) их генетической структуры. Однако как момент в определении специфики жизни гомеостаз немного дает, ибо присущ, как мы видели, и чисто химическим системам. Он встречается и в физических и технических системах: известен сконцентрированный У.Р. Эшби в 1948 г. “гомеостат” - система из четырех магнитов с перекрестными обратными связями. При отклонении системы от равновесного состояния магниты перемещаются случайным образом, “отыскивая” новое равновесное положение. Гомеостат Эшби мог даже до известной степени обучаться, компенсируя частичную поломку и восстанавливая связи нарушенные под влиянием изменений в среде, т.е. проявлял зачаточную целесообразность. Сложность тоже понятие относительное: была ли Вселенная в целом до появления жизни проще, чем какой-нибудь бактериофаг?

Более специфично для жизни явление размножения - воспроизведение себе подобных. Однако и ему есть аналогии в неживой природе: размножение кристаллов в насыщенном растворе, а также деление атомного ядра. При поглощении нейтрона ядра атома урана меняет форму, образуется “шейка”, а после ее уточнения и разрыва - два разлетающихся осколка, которые в свою очередь испускают нейтроны и т.д., причем все эти нейтроны подобны первому во всяком случае больше, чем организмы своему прародителю. При бета-распаде (распаде атомного ядра, сопровождающемся вылетом из него бета-частицы - электрона или позитрона) увеличивает число протонов или нейтронов, в зависимости от разновидности распада (b - или b+).

Это формальное возражение следует иметь в виду, тем не менее, по существу размножение представляет собой достаточно оригинальное свойство именно живого: “достаточно" для того, чтобы быть положенным в основу определения жизни. Вот один из вариантов такого определения: “жизнь есть форма существования высокоупорядоченных открытых систем, способных к целесообразной реакции и к размножению”. С древнейших времен, как только люди стали пытаться определить жизнь в отличие от всего остального, они опирались на этот признак. Что заповедует в Библии Бог живым существам, творя их? Не реагировать ли, не обмениваться ли веществом и энергией со средой, не быть сверхсложными? Нет, но: “плодитесь и размножайтесь”. Отсюда можно видеть, что с самого начала этот признак как очевидно важный, в том числе и практически, наиболее привлекал внимание. По истечении тысячелетий он не стал менее важен, но постигнул научно и стал предметом рассмотрения наиболее, пожалуй, специфической из биологических дисциплин: генетики, науки о наследственности временного естествознания, появление первых организмов на Земле, стало возможным как заключительный этап химической эволюции.

Развитие современной генетики началось одновременно с развитием других отраслей постклассического естествознания - в первых годах XX в., с переоткрытия несправедливо забытых перед тем законов Менделя (1900 г.) и введения в 1909 г. понятия “ген” (элементарная единица наследственности; как позднее выяснилось - отрезок молекулы нуклеиновой кислоты).Г. Мендель (1822-1884) в своей классической работе 1865 г. “Опыты над растительными гибридами" не употреблял, конечно, этой современной терминологии, но открыл существеннейшие закономерности наследственной передачи: независимость комбинирования генов (он писал: “наследственных факторов”), рецессивность и доминирование (см. ниже). По терминологии XX в., каждый ген лежит в основе какого-либо признака (впрочем, есть случаи определения признака несколькими генами и влияния гена на несколько признаков - упомянем об этом для полноты картины, но абстрагируемся от этих случаев). Гены и соответственно признаки при наследственной передаче дискретны и передаются независимо один от другого.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18