Дипломная работа: История системного подхода в науке и технике

Генетика в тех ее формах, какие она приобрела в первую половину XX столетия, удачно объясняла постоянство наследственной природы организма, но в меньшей степени эффективно давала интерпретацию изменений этой природы. Между тем независимо от генетики (так сложилось первоначально) такую интерпретацию давало эволюционное учение и в особенности возникший в середине XIX в. дарвинизм.

Предположения о том, что современный растительный и животный мир не существовал извечно, но представляет собой нечто исторически возникшее и изменявшееся, бывали еще в древнем мире. Эти догадки принимали форму креационизма, т.е. учения о сотворенности жизни; иногда также форму учения о самозарождении жизни в неживых субстратах (иле, морской воде и т.д.). Постепенно накапливался позитивный материал (селекция, находки остатков вымерших организмов, обнаружения атавизмов), свидетельствовавший об историчности всех проявлений жизни.

С 1796 г. берет начало палеонтология - наука о строении, системе и свойствах ископаемых организмов. Сначала возникла палеонтология позвоночных (работы Ж. Кювье, 1769-1832, который был также основателем сравнительной анатомии), затем и беспозвоночных (1810-е гг. - работы Ж.Б. Ламарка (1744-1829), автора первой целостной эволюционной теории). Успехи биологии дали людям средства для борьбы со многими заболеваниями, в том числе инфекционными, и поставили на научную основу селекцию полезных организмов. Однако развитие наук о жизни тормозилось рядом ошибочных концепций: линнеевской догмой неизменности видов, теорией катастроф Кювье (жизнь на Земле якобы периодически погибла и затем создавалась вновь, в иной форме), учением Ламарка о наследовании приобретенных признаков.

Генетика послужила удачным дополнением дарвиновской теории эволюции. В частности, дискретность наследственных зачатков разъяснила одну из трудностей, с которой столкнулась концепция естественного отбора: при скрещивании вновь возникающие полезные признаки, казалось бы, должны были раствориться в массе старых бесполезных и исчезнуть. На самом деле они сохраняются даже при своей рецессивности и как сказано, в благоприятном случае вновь проявиться. К 60-м годам генетика столь тесно сплелась с теорией эволюции, что это привело к созданию синтетической теории эволюции (СТЭ) - концепции, объединившей генетику и отчасти молекулярную биологию (исследование биологических объектов на молекулярном уровне) с концепцией естественного отбора. Основные позитивные моменты теории Дарвина признаны СТЭ. В самом деле, сторонники СТЭ признают, давая новые толкование, также постулаты - теперь можно сказать, факты - как ненаправленная изменчивость (она объяснена как мутации - внезапные стойкие изменения генов; они как спонтанные встречаются в природе, а искусственно могут быть вызваны радиацией и химическими агентами - “мутагенами”); изоляция, способствующая накоплению изменений (в современном толковании: мутаций); естественный отбор (этот центральный для теории Дарвина пункт остался без изменений, т.е. трактуется как выживание наиболее приспособленных). Вместе с тем СТЭ отвергла как противоречащие реальности некоторые иногда встречаемые у Дарвина, хотя в целом не характерные для него ошибочные тезисы, например, иногда (далеко не всегда) допускаемое им наследование приобретенных признаков. Оно признавалось ранее многими, особенно Ж.Б. Ламарком, который создал на основе этого тезиса одну из наиболее ранних разновидностей эволюционного учения. У нас агрессивный вариант ламаркизма проповедовался в 1930-1960-х гг. “школой" Т.Д. Лысенко. Однако теперь идея наследования приобретенных признаков имеет лишь историческое значение.

Отбор действует преимущественно на уровне популяции. Поэтому в качестве неотъемлемого компонента в СТЭ вошла генетика популяций, т.е. изучение наследственных процессов в популяциях растений и животных; с генетикой популяций тесно связаны также включенные в СТЭ эволюционные аспекты - экологии - науки о связи организмов с условиями их местообитаний. Генетика приобретает в настоящее время огромное прикладное значение. Помимо уже давно применяемых методов улучшения пород домашних животных и сортов культурных растений с помощью искусственного мутагенеза, теперь начинают распространяться и приемы генной инженерии - целенаправленного изменения генов, вплоть до операций на генах и в целом воздействия на наследственную природу. С 1997 г. развернулись опыты по клонированию - генетическому копированию животных, в том числе из вегетативных клеток (ибо геном, т.е. набор генов организма, во всех клетках тождествен). Потенциально этот метод применим и к людям, но этические аспекты допустимости выведения “двойников” вызывают ожесточенные споры.

По разнообразию своих уровней, от молекулярного до биосферного, с живой материей не может сравниться ни одна из других форм существования природы. Естественно, что мы не можем здесь подробно рассмотреть все эти уровни. Остановимся специально на одном из них, в известном смысле ключевом для понимания жизни на клеточном. Еще в классический период естествознания клетка была признана универсальной ячейкой всего живого. Сейчас так нельзя сказать безоговорочно, есть и доклеточные формы жизни (вирусы), и организмы с нетипичной (безъядерной) клеткой - прокариоты, например, бактерии и сине-зеленые водоросли. Но в целом всеобщая роль клетки с ее характерными структурами признается и сейчас. Именно клетка является той “ячейкой” организации, на уровне которой впервые в полной мере проявляются все свойства жизни как таковой: целостность, обмен со средой (открытость), целесообразное реагирование, сложность строения, способность к размножению.

Чтобы лучше понять современные представления о биологической клетке, полезно остановиться на некоторых сведениях из прошлого экспериментальных и описательных в биологии. Реальная эффективность экспериментального подхода в этой области проявилась почти одновременно с успехами эксперимента в физике (и раньше, чем в химии), а именно с 1628 г., когда У. Гарвей открыл кровообращение и определил его важные параметры (в частности, количество крови, выбрасываемое сердцем при каждом сокращении). В целом же для биологии XVII - первой половины XIX вв. характерно преобладание описательных исследований, развитию которых способствовало открытие огромного числа новых видов в эпоху великих географических открытий XVII в. и затем в ходе экспедиций XVIII - XIX вв., проникших в труднодоступные районы внутренней Африки, Сибири, Америки и других регионов.

Благодаря изобретению микроскопа в середине XVII в., перед учеными открылся мир микроорганизмов и клеточных, а затем и субклеточных структур. Клетка была описана английским натуралистом Р. Гуком (1635-1703) в 1665 г. в труде “Микрография”, но лишь в 1838-1839 гг. немецкий зоолог Т. Шванн оценил ее значение как основной ячейки строения организма, т.е. создал клеточную теорию - учение о том, что клетка представляет собой универсальную ячейку всех живых организмов. В основном эта теория сохраняет свое значение, хотя открыты и бесклеточные организмы - вирусы. Впрочем их не всегда признают за живые, поскольку они могут кристаллизироваться наподобие неживых объектов. Но им свойственны размножение делением и другие характерные свойства живого, о которых см. раздел 4.1.

Наибольшее распространение получила гипотеза происхождения жизни, разработанная А.И. Опариным. Согласно этой гипотезе, первым этапом предбиологического процесса было перемещение тяжелых элементов к центру Земли, легких - на ее поверхность. Это происходило 5-4 млрд. лет назад, когда Земля была очень горячей. Атмосфера состояла из водорода и его соединений (воды, точнее, водяного пара; метана, аммиака, цианистого водорода и т.д.). В ней под действием излучения Солнца возникли сравнительно несложные органические вещества: сахара, аминокислоты, уксусная, молочная, муравьиная кислота и др. Этот процесс удается воспроизвести в лаборатории.

Затем абиогенным путем, в отсутствии свободного кислорода (он появился в атмосфере позднее, под действием зеленых растений) были синтезированы более сложные соединения, включая аденозинтрифосфат (АТФ) - богатое энергией соединение, впоследствии играющее центральную роль в энергетическом балансе организмов. В процессе охлаждения земли водяной пар превращался в воду, образовался “первичный бульон” - водный раствор аммиака, двуокиси углерода, метана и упомянутых более сложных органических соединений. В результате их полимеризации возникли линейные полимеры: полипептиды и полинуклеотиды. Последние способны к самокопированию почти так называемого комплементарного связывания их нуклеотидов (мономеров): аденина с урацилом, гуанина и уитозином. Этот процесс сам по себе идет очень медленно, но мог быть ускорен тем, что среди образовавшихся к тому времени полипептидов некоторые были катализаторами, т.е. могли, не расходясь сами, ускорять матричный синтез и урацила на аденине, цитозина на изанине. При этом путем отбора, т.е. отмирания нежизнеспособных комбинаций, сохранялись лишь “удачные” комбинации катализаторов и нуклеиновых кислот, т.е. (сначала РНК, затем более сложный ДНК), т.е. образовался генетический код. Так появились первые организмы (гетеротрофы, поскольку свободного кислорода еще не было, и прокариоты или даже еще более примитивные).

Однако главная и далеко еще не решенная проблема, связанная с появлением жизни и первых организмов, заключается в выяснении процессов, приведших к формированию генетического кода. Оно относится к древнейшим временам, видимо, еще к стадии химической эволюции, поскольку даже для прокариотной клетки, например, бактериальной, характерно наличие двойной спирали ДНК, правда, несколько более примитивного типа, чем у эукариотов. Бактерии, как и все клеточные организмы, содержат оба типа нуклеиновых кислот, ДНК и РНК, вирусы - только одну из них. Однако неизвестно, является ли простота вирусов первичной или вторичной. Во всяком случае, современные вирусы не могли существовать раньше клеточных организмов, ибо живут, только паразитируя на них.

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